汽车轻量化技术的研究与进展

汽车轻量化是实现节能减排的重要措施之一,对汽车工业的可持续发展具有重要意义。本文从结构优化设计、轻量化材料的应用和先进制造工艺这三个方面对汽车轻量化技术的国内外研究现状和发展趋势进行了综述。这包括:汽车结构的尺寸优化、形状优化、拓扑优化和多学科设计优化的基本原理和研究进展;高强度钢、铝合金、镁合金、塑料和复合材料;以及液压成型和激光焊接工艺在汽车中的使用现状。作者认为:汽车轻量化技术的未来研究方向是:汽车结构优化设计理论的完善、多材料一体化、零部件的轻量化和轻量化技术的系统化与集成化。

大客车侧翻安全性多目标优化

建立某大客车的侧翻有限元模型,仿真结果表明,其初始设计无法满足侧翻法规要求,需要进行优化设计。为克服碰撞分析的高度非线性给优化造成的困难,结合均匀实验设计、响应面方法和逐步回归技术建立该客车的侧翻响应面替代模型,并以车体质量最小,车身结构吸能最大为目标函数,以满足侧翻法规为约束条件,采用NSGA-II算法进行多目标优化设计。对优化方案进行有限元仿真验证,结果表明,优化方案不仅使该客车满足了ECE R66法规的要求,而且减小了车体总质量,同时增加了车身结构的吸能,有效地提高了侧翻安全性。

粘弹性阻尼材料在柔性机械手振动控制中应用的实验研究

本文对一实验用柔性机械手进行了粘弹性约束阻尼处理,以减少柔性振动,改善控制系统的稳定性,提高定位精度.文中给出了测量机械手柔性振动的实验方法,对约束阻尼处理前和处理后的机械手进行了柔性振动、残余振动、重复定位精度等实验研究,并做了比较.

边界粘弹性支承对矩形板强迫振动响应的影响

提出边界粘弹性支承对矩形板强迫振动响应影响的分析方法。该方法基于阻尼复模态分析 ,利用阻尼复模态的正交性 ,导出了板的完全解耦的模态方程 ;通过算例研究和讨论了粘弹性边界支承对板的振动响应的影响。

机器人粘弹性手臂的动力学有限元分析

本文用动力学虚功原理建立了一般粘弹性大阻尼结构机器人手臂的动力学有限元模型,该模型是时变的Voterra型微分积分方程。文中还提出了以结构动力学中响应计算的逐步积分法为基础的递推求解方法,从而解决了机器人粘弹性手臂动力学建模和分析的理论难题。

机器人柔性手臂的动力学有限元分析

本文将弹性动力学虚功原理推广到机器人柔性动力学,建立了计及关节弹性和关节阻尼的柔性手臂有限元动力学模型,模型中包括了非线性刚体运动和弹性变形间的耦合。文中还导出了手臂参考坐标系间的运动学递推关系。本文方法推演简单、计算效率高,能够用于具有任意复杂部件的柔性机器人动力学分析。

机器人柔性手臂动力分析的模态综合法

在机器人柔性手臂动力学的有限元分析中,往往导致很高的自由度,加之动力学方程的时变性,其动力响应的计算不仅十分复杂,而且可能因计算机内外存容量的限制及昂贵的机时费用而难以实现.本文将模态综合法引入机器人柔性手臂的动力学分析,把柔性手臂的各部件隔离成自由界面子结构,把其动力学有限元方程投影到各自的模态空间中,关节连接件(关节集中质量、关节阻尼、关节弹性)处理成耦合件,最终在诸子结构的模态坐标集上建立了整体系统的运动微分方程,使之大幅度降阶.

微型客车白车身模态分析

建立了某微型客车白车身结构的有限元模型 ,计算了在自由状态下该白车身结构的振动模态 ,并提出了鉴别整体模态与局部模态的方法。计算结果与试验结果进行了对比分析 ,结果表明所建立的有限元模型基本反映了原结构的振动特性。

缝纫层合板的本构关系研究(I)——缝纫单层板有效弹性常数分析

建立了缝纫单层板的有效弹性常数分析模型。通过考虑缝纫引起的铺层纤维的面内弯曲和非均匀分布 ,分析了缝纫参数 (如缝纫行距、针距和缝线半径 )对等效弹性常数的影响。结果表明 ,当缝纫方向垂直于铺层纤维方向时 ,随缝纫行距的减小或缝线半径的增大 ,纵向模量逐渐下降 ,而横向模量和剪切模量则逐渐提高 ;

大客车车身骨架多学科协同优化设计

对某全承载大客车车身骨架结构进行包括轻量化、刚度、强度、振动模态和翻滚的多学科设计优化,以提高客车的综合性能。为克服客车翻滚分析的高度非线性带来的寻优困难,并解决结构有限元分析的低效问题,建立各学科的近似模型。首先建立大客车车身结构有限元模型,其中刚度、强度以及振动模态分析由Msc.Nastran完成,翻滚分析由显式动力学软件Ls-dyna完成。其次结合工艺要求和灵敏度分析结果,选择出各学科的设计变量,用优化的拉丁方方法完成试验设计。在此基础上,采用响应面方法建立各学科结构响应的近似模型。建立客车车身骨架结构的多学科优化模型,并用协同优化方法求解。结果显示,优化后的设计方案在轻量化、刚度、强度、模态振动和翻滚安全性方面均优于原设计方案。

多工况下客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究

以体积和频率作为约束,以各工况载荷下对应的最小柔度作为目标函数,采用带权重的折衷规划法和SIMP密度函数插值模型研究了多工况条件下客车车架结构多刚度拓扑优化问题。并以某三段式客车车架为研究对象进行了多刚度拓扑优化,得到了合理的车架拓扑结构。

泡沫铝填充帽型结构轴向冲击吸能特性的试验研究

利用冲击试验系统,通过试验方法研究了泡沫铝填充帽型结构在轴向冲击工况下的吸能特性。首先进行了泡沫铝、空心帽型结构以及泡沫铝填充帽型结构的轴向冲击试验;然后根据试验结果,对泡沫铝填充帽型结构轴向冲击工况下的吸能特性进行了分析,评估了填充泡沫铝以及应变率对帽型结构吸能特性的影响。试验结果表明, 与空心结构相比,填充泡沫铝之后帽型结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有明显的改善;由于材料对应变率敏感, 与准静态压缩相比,结构的吸能特性有一定的提高。

某型载货车车架结构轻量化设计

建立了某型载货车车架结构的应力分析有限元模型 ,计算了多种工况下车架结构的应力分布并以已有的试验结果进行验证。在此基础上 ,提出该车架结构的轻量化设计方案 ,并进行了改进设计后车架结构的强度分析 。

汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。

中等应变率下泡沫铝的吸能特性

进行了不同密度、高度和压缩方向下泡沫铝的准静态压缩试验和中等应变率下(<100 s-1)的冲 击试验,研究了具有不同密度的闭孔泡沫铝在准静态压缩和冲击工况下的吸能特性．结果表明,泡沫铝是一 种近似的各向同性结构,具有较高的单位质量吸能特性,是一种较好的吸能材料．在准静态和中等应变率冲 击条件下,泡沫铝对应变率不敏感,其应力一应变关系与应变率关系不大．不同的泡沫铝,其平台应力与密 度之间的关系不同,在研究其性能时,必须测量应力-应变关系．泡沫铝的致密区对其吸能特性有很大的 影响．

多孔材料填充薄壁结构吸能的相互作用效应

研究多孔材料填充薄壁结构的相互作用效应产生的机理,并建立了表征模型.以泡沫铝填充帽形结构为例,发现压溃的填充物分为致密区、过致密区和未变形区3个区域.基于理想可压缩假设建立了填充多孔材料分析模型,获得各区域体积变化和等效应变等关系;结合薄壁结构超叠缩单元模型,对填充结构各组分的能量吸收进行了拆分.研究表明,薄壁结构的吸能略有增加,多孔材料的吸能增加40%左右.过致密区的形成是相互作用效应的主要原因.

基于齿面移动法的齿轮飞溅润滑性能数值分析与验证

由于齿轮传动系统飞溅润滑过程中润滑油流动的复杂性,近年来数值仿真分析方法已逐渐成为评价飞溅润滑性能的重要手段。为解决齿轮飞溅润滑数值建模过程中由于啮合位置间隙太小而带来网格划分困难的问题,该文提出了采用齿面移动法对齿轮进行处理,即在保留所有轮齿和不改变齿轮安装位置的基础上,通过改变轮齿厚度来增大啮合区域间隙,以便于流体域网格划分。该文对不同处理方法获得的飞溅润滑仿真结果进行了对比分析,并结合试验数据,说明了齿面移动法相对于现有文献中的齿轮建模处理方法获得的润滑油飞溅效果更符合实际情况,搅油功耗计算结果误差在8%以内,且工程适用性更好。该研究为进一步分析车辆变速箱、驱动桥等齿轮传动系统的润滑状况提供了参考。

全承载式大客车车身结构多目标优化

建立了全承载式大客车车身骨架的有限元模型,对车身骨架结构进行了振动模态和静力学分析。然后对车身骨架结构进行设计参数灵敏度分析,得出车身骨架扭转刚度和一阶扭转频率对各部件设计参数的灵敏度。在此基础上,以车身骨架杆件厚度为设计变量,通过两阶段结构优化设计,在整车骨架质量增加很少的条件下,提高了整车结构的扭转刚度和一阶扭转频率值;同时,一轮悬空工况下的整车结构应力峰值明显下降,应力分布更加均匀,整车骨架结构设计更为合理。

基于有限元法的准双曲面齿轮时变啮合特性研究

准确计算准双曲面齿轮的时变啮合参数是其系统动力学分析的基础。基于接触有限元分析原理,应用有限元分析软件ABAQUS对齿轮进行加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),准确计算准双曲面齿轮时变等效啮合参数,包括时变等效啮合点位置、时变等效啮合力作用方向、等效啮合力作用方向上的线位移传动误差和时变等效啮合刚度,并研究转矩大小对时变啮合参数的影响。对比有限元法与经典齿轮接触分析(Tooth contact analysis,TCA)方法求得的传动误差曲线,并对比有限元法计算与加载啮合试验获得的齿面啮合印迹,验证有限元模型和计算的正确性。该方法求得的时变等效啮合参数能够准确体现准双曲面齿轮的时变啮合特性,为进一步研究准双曲面齿轮系统动力学特性提供依据。

泡沫铝填充帽型结构轴向压缩吸能特性的试验研究

通过试验方法研究了泡沫铝填充帽型结构准静态压溃时的吸能特性。首先,进行了泡沫铝空心帽型结构以及泡沫铝填充帽型结构的轴向压缩试验;然后,根据试验结果,对泡沫铝填充帽型结构的轴向吸能特性进行了分析,并与空心帽型结构进行了比较。结果表明,填充泡沫铝之后,帽型结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有了很大的提高。在吸收的能量一定时,泡沫铝填充能够减少吸能结构所需要的质量。