基于人工神经网络的短纤维增强复合材料设计

为指导短纤维增强复合材料设计,提出一种基于人工神经网络的方法。首先,结合取向平均法和自洽假设建立数学模型,计算出不同体积分数下SFRCs的弹性性能;然后,建立2个不同的人工神经网络,将数学模型计算得到的数据集投入训练,由此可以由SFRCs的体积分数快速预测出弹性性能,也可以由已知的SFRCs的弹性性能反向推导出纤维的体积分数。与传统方法相比,该方法可以有效减少重复实验次数,降低成本与周期,对复合材料实验的设定有一定的参考意义。

热塑性玻璃纤维头盔服役性能分析与数值仿真

为了探究复合材料特别是碳纤维、玻璃纤维在头盔产品上的应用,本文基于模压成型工艺,对热塑性连续玻璃纤维材料增强头盔的成型过程进行实验。探究复合材料头盔所使用层合板最佳铺层方案,并通过实验获得层合板的应力应变曲线。对比不同头盔的穿透、碰撞和刚度服役性能数据,并使用有限元软件LS-DYNA进行数值仿真计算,得到不同材料对头盔性能及质量的影响。使用ABAQUS软件对头盔模型进行拓扑优化,在保持头盔刚度性能基本不变的情况下,优化得到头盔的加强筋结构,以此减轻头盔表层厚度并实现轻量化。结果表明,相比于普通ABS材料的头盔,热塑性连续玻璃纤维头盔的质量减轻了14.6%、刚度提升了10.6%;含有加强筋结构的玻璃纤维头盔质量减轻了14.2%,刚度与普通ABS头盔保持一致,但更节约材料、性价比更高。复合材料头盔的综合性能相比普通ABS塑料头盔有显著提升。

各向异性对平板裂纹扩展路径的影响研究

近场动力学理论克服了经典连续介质力学在模拟裂纹扩展方面的不足。本文基于微梁键构建了一般各向异性近场动力学平面模型,并探讨了各向异性对于裂纹扩展路径的影响。首先,建立一般各向异性的微梁键,并基于插值法建立了一般各向异性近场动力学平面模型的应变能密度表达式;然后,利用应变能密度互等原理求解出近场动力学平面本构模型的一般各向异性参数;最后,通过带初始切口的平板断裂实验研究了不同各向异性参数对于平板裂纹扩展路径的影响。

板材三维曲面翻边的逆成形预示与修边线确定

基于全量塑性理论和考虑任意形状压料面影响的一步成形有限元逆算法,提出一种板材三维曲面翻边成形和三维修边线的快速模拟方法,能够真实模拟三维翻边过程,进而高精度地确定翻边高度和修边线轮廓形状．收缩和伸长两种典型的翻边成形模拟结果与基于增量塑性理论的有限元正算法比较,表明了该方法的有效性和高效率．

多步逆成形有限元法中间构型初始解预示算法

在逆成形有限元法中,为考虑加载路径的影响,针对不同成形类型阶段引入中间构型,整个过程被划分为多阶段成形过程,即多步逆成形有限元法,一个好的中间构型初始解的构造是其中的关键问题之一。针对中间构型初始解的构造,提出一种基于滑移约束曲面的节点反向映射法:利用板材的纯几何弯曲效应构造出弯曲构型,经过伪最小面积法优化后生成空间滑移约束曲面;投影展平的最终构型网格面到展平滑移约束曲面网格中,利用面积坐标计算出所有投影节点的坐标;投影节点反向映射回到空间滑移约束曲面上,构造出对应中间构型的初始解。另外,针对中间构型初始解构造中可能出现部分节点无投影区域的问题,给出一种扩展空间滑移约束曲面轮廓的解决方法。零件的数值算例验证相应算法的可行性与有效性。

基于流动理论的板材多步成形模拟方法

为克服一步逆成形法忽略变形历史而导致最终零件应力估计不准的问题,提出了通过引入构造的若干中间构型以反映变形历史的多步成形模拟方法,实现了对最终零件的应力精确评估.该方法通过求解二次规划模型,并筛选接触节点的方式构造一般三维的中间构型滑移约束曲面,之后采用滑移曲面合适位置物质点映射的方法生成中间构型的初始解,并结合基于流动理论的局部积分和滑移曲面运动约束更新应力使得中间构型趋于平衡状态.对汽车弹簧盒支座零件的数值模拟分析表明,通过引入的中间构型,该多步成形模拟方法借助拟最小面积法和接触节点集合选择改善滑移曲面侧壁,可以显著地提高对成形零件的应力评估精度.

参与式“汽车人机工程学”课程教学方法研究

"汽车人机工程学"是大连理工大学车辆工程本科专业的必修课程,该课程在结合学校"实施精英教育、培养精英人才"的研究型精英人才培养理念及车辆工程学科特点的基础上,在教学实践中探索以学生为中心的"参与式教学模式",重点研究基于WIKI交互平台及虚拟仿真实验技术等现代网络及计算机技术的高效的师生互动、生生互动参与式教学方式,建立"汽车人机工程学"WIKI教学平台、搭建汽车人机交互虚拟仿真实验课件开发平台。该研究提高了学生学习的主观能动性,培养了学生的创新思维,使他们对"汽车人机工程学"有了更深刻的认识。

基于B/S结构镁合金焊接数据库系统设计

文摘设计了基于B/S结构镁合金焊接数据库系统。系统采用ASP技术和网络数据库技术,设计镁合金焊接性查询、编辑以及系统管理等五大功能模块;通过对镁合金焊接的各方面的信息进行合理的、全面的分析和归纳;用户可以很方便地得到镁合金的焊接基本数据、各种试验结果,包括焊接性、相图以及CCT图等各方面的信息。对焊接行业数据共享,焊接生产和制造业数据共享体系建立具有一定的参考和实用价值。

基于知识工程及面向制造设计的车身部件设计方法和技术

以车身侧围的智能化设计以及可制造性分析的集成技术为研究对象,阐述了在车身概念设计阶段实施并行工程的重要意义。结合基于知识工程(KBE)技术的车身侧围设计软件和基于面向制造设计(DFM)技术的一步逆成形性冲压分析软件的集成应用,论述了具有专家经验的智能化车身设计软件和一步逆成形冲压分析CAE软件的系统开发与集成的工作流程及其所运用到的相关关键技术。仿真结果表明,该方法极大地提高了车身设计的效率和品质。

热冲压模具随形冷却水道优化设计

为了提高热冲压模具冷却均匀性,提出对热冲压模具水道进行随形设计优化。利用Abaqus对保压淬火过程中模面温度场进行有限元分析,总结水道设计缺陷对模面温度分布的不良影响。利用I-sight,以水道中心在偏置线上的比率、水道半径和水道中心与模面的距离为优化变量,以模面最高温度、平均温度和温度均匀性为优化目标,优化后模面最高温度下降52.6%,平均温度下降36.8%,温度均匀性提高86.6%,冷却效率显著提高。同时热流加载和板料温度加载模拟优化前后的结果对比一致,证明热流加载代替板料温度加载进行优化分析可行。

基于数值模拟和3D打印的热冲压模具随形水道设计制造研究

针对传统热冲压模具深孔对钻冷却系统冷却不均的现象,基于热冲压过程的多场耦合传热理论,提出热冲压模具随形冷却系统设计方法。利用Star-ccm+软件对热冲压冷却淬火过程进行热流固耦合模拟。以自主研发的彩虹电动汽车B-柱模具镶块为研究对象,对传统深孔对钻和新提出多种随形设计方案进行了冷却模拟分析。根据模拟结果,比较分析了不同冷却方案的冷却效果,并提出B柱模具镶块纵向随形冷却水道的优化方案,分析了优化前、后模面温度场的变化。提出运用覆膜砂3D打印造型结合传统铸造工艺的方法,制造具有随形冷却水道的热冲压模具。通过对比五种方案发现,采用纵向随形设计的热冲压模具,与冷却最差的平行随形设计相比,模面最大温度降低47.4%,模面平均温度降低40.9%,模面温度均匀性提高1.8%。根据纵向随形水道设计流程,将水道形状和位置参数R、H、r作为优化参数,模面温度场作为优化目标,对纵向随形水道进行优化,结果显示,优化后模面最大温度下降了49.8%,模面平均温度下降了46.8%,模面温度标准偏差下降了67.5%,模面温度均匀性提高了1.9%。因此,采用随形冷却的热冲压模具,有效地提高了生产加工效率和使用寿命,改善了热冲压件的平均强度和组织与力学性能的均匀性。

基于扫描面的汽车覆盖件工艺补充设计

工艺补充面与压料面是覆盖件模具冲压成形的重要技术。大量试验及CAE仿真结果已经充分证明:补偿面和压料面的形状和形态对板材的成形性影响很大。在以往的覆盖件模具设计过程中,用户都是凭借设计经验,在三维CAD软件中手工地构造和生成这种补充面与压料面,其设计效率很低。针对曲面生成的难点,提出了基于B 样条扫描曲面的工艺补充设计方法,论述了扫描曲面的生成原理及实现方法。根据覆盖件成形特点,给出了基于扫描面的工艺补充和压料面生成算法。并结合实例编制了相应的程序,论证了其可行性。与在有限元网格意义下的生成方法比较,最大的优点是:提出的生成方法可以直接用于进行数控加工,同时,许多自动化和自适应的设计过程又能够明显提高设计效率。

弯曲型件冲压回弹的快速模拟

提出采用一步逆成形有限元法和静力隐式有限元法相结合的弯曲型件拉延回弹的快速混合模拟方法,数值模拟弯曲型板材的成形与卸载回弹全过程。模拟了Numisheet 2002的标准考题之一“无约束圆柱弯曲成形”的卸载回弹过程,并与实验结果进行了比较;预示了货车纵梁的冲压成形过程和脱模卸载回弹过程,回弹模拟后将纵梁6个关键截面的口宽与实测值进行了比较,比较结果说明,快速混合回弹数值模拟方法对弯曲成形卸载回弹预示是快速、准确和有效的。

汽车覆盖件深拉延有限元仿真过程中的回弹及补偿试验

为了快速、准确地制造汽车车身覆盖件,对高强度、复杂的大型汽车覆盖件的冲压过程进行了研究。利用有限元仿真对其变形过程中的回弹进行预测,并对预测结果进行研究,找出回弹根源,从而对其回弹进行预先补偿。利用有限元仿真建立了新的回弹形状补偿方法,并依据实际零件的冲压实验验证其正确性,从而为汽车覆盖件的正确冲压成型提供了理论依据。

基于ABF的自由曲面上三维复杂图案的雕刻方法

利用五轴数控机床在自由曲面上快速生成美观的图案在珠宝纹饰雕刻、吹塑/挤压模具图案制作、复杂产品外观图案的自动喷绘等方面具有潜在的广泛应用。针对目前图案映射对单一参数曲面参数域处理的依赖,提出一种可应用于复合裁剪曲面、网格曲面甚至点云曲面的三维复杂图案雕刻方法。利用图像边界处理技术,将二维的数字图案转化为可用于数控加工的离散点集。进而根据保角映射(Angle-based flattening,ABF)原理,将目标曲面映射到二维平面域,建立三维曲面与二维平面域之间的一一映射关系。以此映射为向导,提出基于面积坐标的线性映射方法,将离散图案逆映射到目标曲面上。根据选择的刀具参数及给定的切削深度,生成用于三维复杂图案雕刻的刀具轨迹,并进行雕刻仿真试验和实际雕刻加工试验。试验结果证明,所提方法简单实用,能够在复杂自由曲面上生成美观的雕刻图案。

基于节点切平面解耦列式的一步逆成形法

对基于传统的整体坐标系列式的一步逆成形法进行改进,提出一种基于节点切平面解耦列式的一步逆成形有限元模拟算法。该算法利用虚功原理的坐标系无关性,将虚功方程建立在节点局部坐标系上,实现刚度方程在节点法向和切平面内的解耦。与传统列式法相比,解耦列式法避免了立壁单元投影刚度阵引起的数值问题,因此提高了迭代求解的精确性和收敛性。通过弯曲薄板的展平问题对解耦列式法的误差进行定量分析,表明该法满足精度要求。将该算法嵌入自主研发的金网格分析系统(Kingmesh analysis system,KMAS),并以方盒件为例,将传统列式法和解耦列式法的结果分别与基于增量有限元求解器LS-DYNA求解结果进行对比,验证了解耦列式法的有效性。

高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法

在高强钢板热冲压产品及模具设计的早期,缺少一个仅仅根据产品的形状以及少量的模具信息就能快速评估出热冲压件可成形性的工具,能对后续的产品及模具设计起到指导作用。针对以上问题,提出并实现了高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法,用来快速评价高强钢板22MnB5在高温奥氏体状态下的可成形性。并以某汽车B柱的加强板为例进行计算,将其模拟结果与热冲压实验结果进行对比。结果表明:模拟结果与实验值基本一致,证实了高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法的有效性。

板材多步逆成形中的滑移约束曲面优化构造方法

针对板材成形多步逆成形法中,滑移约束曲面构造的方法不能处理复杂形状零件的问题,提出一种基于优化的伪最小面积算法。该算法从优化的角度以滑移约束曲面的面积属性为研究对象,从而降低对零件形状的依赖度。该算法假定冲压时刻板材上的各物质点不发生流动,以冲压某一时刻凸、凹模的离散网格信息为已知量,此时刻凸、凹模各网格节点的z向坐标为约束,以所求滑移约束曲面的面积平方最小为目标函数,计算各三角形网格单元的面积,按与力学有限元中整体刚度矩阵相同的组装方式形成曲面的整体面积方矩阵,将空间曲面构造问题转化为一个标准二次规划问题,采用基于信赖域的方法求解该二次规划问题。弹簧支座和中柱算例的迭代次数和中间滑移约束曲面形状表明,该算法可以针对形状不规则的零件快速、有效的生成空间滑移约束曲面。

基于微态方法的耦合韧性损伤的弹塑性本构模型

基于广义连续介质力学提出了一个热力学一致性的耦合微态韧性损伤的弹塑性本构模型。该模型遵循Forest的微态方法,在有限变形中提出引入额外的微态损伤因子及其一阶梯度以考虑材料的内部特征尺度。通过广义虚功原理得到了微态损伤的补充控制方程,对亥姆霍兹自由能进行扩展,得到了新的包含微态损伤变量的损伤能量释放率,在微态损伤的正则化作用下,采用隐式迭代更新局部损伤和应力等状态变量。基于Galerkin加权余量法,推导了以传统位移和微态损伤为基本未知量的有限元列式。利用该数值模型,对DP1000材料的单向拉伸实验和十字形零件的冲压实验进行了应变局部化与材料断裂的有限元分析。结果表明,该微态弹塑性损伤模型可以得到一致的有限元模拟响应曲线并收敛到实验曲线,从而避免发生网格依赖性问题。

薄板成形切边回弹模拟的切边算法

为保证薄板多工步冲压成形切边回弹有限元数值模拟精度,提出了一种基于切边单元自适应模板的切边算法。首先进行三维切边线与零件网格的求交计算,生成有序截面线;然后进行单元取舍判断;最后沿截面线路径逐个单元调用自适应模板执行切边操作。算法避免了边界锯齿、对称约束和边界缝隙等缺点,并实现了多条切边线对加密网格进行一步切边,提高了切边效率。将算法集成到冲压成形分析软件KMAS系统切边回弹模块,通过对NUMISHEET 2005提供的国际标准考题——某汽车底板横梁拉延件的切边数值模拟,验证了算法的适用性和可靠性。