弧边负泊松比结构试验与应用研究

以某弧边负泊松比结构为研究对象,进行静态压缩试验,对比分析试验与仿真的变形及载荷数据,试验与仿真承载力峰值误差小,整体变形形式一致,模型可靠。基于该结构建立填充芯,填充于某小型电动汽车前端结构,进行正面碰撞应用研究。通过B柱加速度、吸能量、前端压溃量、驾驶室侵入量等参数对比分析该负泊松比结构在纵梁前端、后端两种填充方式的差异;比较其与传统结构在后填充方式下耐碰撞效果的优劣。结果表明,纵梁后填充方式较前填充方式具有更加优越的耐撞应用效果,弧边负泊松比结构后端填充后,较传统结构可以在得到较低的加速度峰值的同时具有更少的驾驶室侵入量。

正面碰撞条件下驾驶员安全气囊的匹配优化

为实现正面碰撞条件下驾驶员安全气囊的匹配优化,建立了某小型纯电动汽车的安全气囊有限元模型及其简化乘员约束系统模型,利用静态展开试验验证了模型的准确性,通过对安全气囊的气体质量流量缩放率、点火时刻等 7 个参数对乘员加权伤害指标(WIC)的灵敏度进行分析,确定了气囊主要优化参数。设计三因素七水平的正交试验,考察优化参数对 WIC、头部伤害指数(HIC)、胸部 3 ms 合成加速度及胸部压缩量的影响等级,利用极差分析确定气囊初步及局部匹配时参数调整优先顺序。构建气囊变量与 WIC 的高阶多项式代理模型,确定了气囊最优参数组合。结果表明,优化后 WIC 下降14.92%,乘员保护效果明显提高。

安全气囊建模的研究

为了提高安全气囊的有限元仿真模型的精度及稳定性,联合HyperMesh及LS-PrePost软件介绍了安全气囊有限元建模的基本流程,建立安全气囊有限元模型研究不同安全气囊折叠间距、黏性阻尼系数对气囊稳定性的影响,对比讨论参考几何的设置对气囊展开特性的影响。结果表明:当折叠间距均选择1 mm和黏性阻尼系数为5~15时,安全气囊自由展开时内能在50 J以下,符合安全气囊稳定性要求;设置参考几何的安全气囊展开形状正常且表面积的变化在10%以内,解决了由于几何折叠导致的气囊网格变形问题。

正面碰撞安全气囊点火时刻的研究

以安全气囊点火时刻为研究对象,根据乘员碰撞能量守恒及T_(5in)-30 ms原则,推导出正面碰撞下安全气囊最佳点火时刻的计算公式,利用小型纯电动汽车的碰撞试验参数计算安全气囊的点火时间。建立驾驶员约束系统有限元模型,讨论气囊点火时刻对乘员损伤的影响趋势,最后用乘员加权伤害准则WIC稳定的最低范围确定最佳气囊点火时刻。结果表明,公式计算出的安全气囊点火时刻与仿真结果得到最佳点火时刻一致并且乘员伤害值符合要求,验证了安全气囊点火时刻公式的准确性。

基于振动特性的重型车导流罩优化设计

以某国产重型车以塑代钢的导流罩为研究对象,基于厂方提出规避22～28 Hz振动频率的技术要求对导流罩进行优化设计.建立导流罩有限元模型,根据原设计方案在规避频率段的振型特点,在不改变注塑件本体结构的基础上,首先进行导流罩支撑结构的改进设计,避开振动频率区间(22～28 Hz).然后在考虑振动特性的基础上,以支撑结构、导流罩顶面、肋和导流罩侧面的厚度为设计变量,进行以轻量化为目标的尺寸优化.结果表明导流罩避开了振动频率区间,质量减轻了3.12%且刚度强度均满足要求.

考虑侧面柱碰的电动汽车车门多学科优化设计

为综合考虑车门结构刚度、振动特性和侧面柱碰撞安全性能,对电动汽车车门进行基于近似模型的多目标多学科优化设计(MDO)。以全新设计的单排两座小型电动汽车(EV)为目标车型,建立了与实验对标的整车及车门有限元模型。基于欧洲侧面柱碰实验标准,利用Hammersley实验设计(DOE)方法,结合主效应分析,确定9个车门关键零件的尺寸为设计变量;结合径向基函数(RBF)近似方法,进行全局优化。结果表明:在保证车门振动特性的同时,多学科优化方法有效提高车门刚度及侧面柱碰综合指标,并实现车门减质量7.5%。

负泊松比基元蜂窝结构研究

以传统凹角六边形负泊松比结构为主要参考对象,通过拓扑优化得到较为完整的负泊松比基元优化构型,并基于该构型建立了6种基元几何模型。探讨了不同蜂窝排列方式下的蜂窝结构性能差异,选取合适的排列方式对6种基元建立的蜂窝结构进行了冲击仿真研究。以吸能量、比吸能、峰值碰撞力及结构等效泊松比为评价指标,对比分析了不同基元蜂窝结构的结构性能,筛选出综合性能最优的基元结构。选取汽车前端结构,将传统凹角六边形结构及最优基元结构进行三维排列组合填充入吸能盒内,进行了汽车前端碰撞应用对比。结果表明基于拓扑优化的各基元结构在吸能效果及承载能力上皆高于传统凹角六边形结构,选取的最优基元结构在汽车前端碰撞应用中具有更好的吸能效果及负泊松比特性,其压溃距离大大降低。

负泊松比蜂窝结构胞元几何参数影响研究

针对某负泊松比蜂窝结构的胞元弧夹角、连杆长、外厚度、厚度比及长高比五个几何参数进行了影响研究。采用均匀试验设计方法,得到吸能量、比吸能、峰值碰撞力及等效泊松比四种评价指标关于各几何参数的拟合方程,在此基础上进行多目标优化设计,选取合适的胞元几何参数值。结果表明胞元弧夹角、连杆长对蜂窝结构的比吸能影响较大,外厚度及厚度比对结构峰值碰撞力及吸能量影响较大,而等应变下外厚度对结构等效泊松比基本无影响,长高比对结构的吸能量及等效泊松比影响较大。综合选取的优化尺寸比原尺寸具有更高的吸能防护抗冲击效果,碰撞力远低于原尺寸模型且更加平稳。

负泊松比梯度蜂窝结构研究

以某弧边负泊松比结构为主要研究对象,针对胞元弧夹角、内厚度及高度3个几何参数,建立了均匀蜂窝结构、角度梯度蜂窝结构、内厚度梯度蜂窝结构及高度梯度蜂窝结构,对比分析了均匀蜂窝结构及梯度蜂窝结构的变形模式、吸能量、比吸能及碰撞力。结果表明:均匀蜂窝结构呈现出典型的X型负泊松比变形特性;角度梯度蜂窝结构具有较好的吸能效果,其中角度正梯度蜂窝结构的碰撞力也较低;内厚度梯度蜂窝结构呈现出I型逐行压溃特性;高度梯度蜂窝结构与均匀蜂窝结构性能基本无差异,更快达到密实极限。

不同负泊松比填充结构在汽车前端中的应用

以汽车前端保险杠后的吸能盒为研究对象,结合传统内凹六边形负泊松比结构、双箭头负泊松比结构以及某弧边负泊松比填充结构,对比研究了不同填充结构在高速以及低速碰撞中对汽车前端的防护作用,分析了3种填充结构应用下的吸能盒变形模式、压缩量、吸能量、比吸能以及碰撞力峰值,结果表明:在低速和高速碰撞中,3种填充结构皆呈现出明显的负泊松比变形特性,与其他结构相比,弧边填充结构具有更好的吸能防护效果。

基于正交设计的安全带约束系统参数设计分析

通过Hypermesh软件建立某小型纯电动车正面碰撞及乘员约束系统有限元模型,利用Ls-dyna进行车辆正碰仿真计算,基于正交设计的方法,对安全带点火时刻、安全带刚度、安全带滑环摩擦系数、安全带上悬挂点高度4个参数进行设计优化。以驾驶员伤害值作为评价指标,对结果进行分析,得出各因素对驾驶员损伤影响的主次程度,及最佳安全带约束系统组合参数,使驾驶员伤害值降低。

商用车爆胎应急安全装置的开发

为防止商用车爆胎产生的危害,基于内支撑原理,设计了一款安装于轮辋的爆胎应急安全装置。对装置进行了动平衡试验、结构疲劳和振动试验并对车辆爆胎后的转向性能、制动性能及继续行驶能力进行了测试,结果表明:装置结构合理,耐久性良好,满足实验要求,且能有效防止爆胎后轮胎脱圈引发事故。