基于相对灵敏度的车身结构模型修改

应用单元应变能密度理论结合实际白车身结构,提出了车身部件的应变能密度比质量灵敏度的相对灵敏度概念。基于承载式车身有限元模型进行了白车身薄壁构件的相对灵敏度分析,对计算数值进行比较,数值较大的部位即为需要增加厚度的部位,反之则减小厚度,以达到高刚度、轻质量的修改要求。根据相对灵敏度分析得出的修改方向提出了三种不同目标的修改方案:高刚度方案、轻质量方案及综合方案。通过对静刚度的结果对比,可以看出用综合方案得到的是较为符合设计要求的白车身结构模型,并得到了较为满意的修改效果。

轿车侧碰中车门抗撞性的快速优化

针对汽车侧面碰撞时吸收能量的重要部件——车门结构,进行了快速抗撞性优化设计。将提高车门结构吸能量作为优化目标,选择主要部件的板厚为设计变量,建立抗撞性优化问题的数学模型。基于均匀试验设计方法快速合理地分布样本点。根据多项式响应面方法构造原优化问题的高精度近似模型。采用粒子群优化算法对近似模型进行优化设计。优化结果证明了本文提出的快速抗撞性优化设计方案的可行性及有效性,对车辆被动安全分析具有较高的工程应用价值。

概念车身框架结构的多变量截面参数优化

建立了由Timoshenko梁单元、Mindlin四边形板单元及接头单元构成的概念车身框架结构简化模型,并对该复杂结构进行了参数优化。为简易求解,将梁单元的力学特性参数转为截面几何变量,以梁单元、板单元截面几何参数为设计变量,以车身框架质量最小、刚度最大为目标,建立多目标优化模型,并采用Pareto遗传算法进行求解。算例表明:经过有限代进化,所有个体全部落入可行域内,并最终找到较优解;优化后的模型车身质量减轻,刚度提高。

基于同位网格下求解N-S方程的快速算法

在有限容积法基础上建立了基于同位网格的SIMPLEM算法。此算法使初始压力场与速度场耦合,让压力场和速度场同时更好地满足动量方程和连续性方程,且兼顾考虑扩散对流项对计算节点速度修正值的影响及源项与速度场之间的同步性,详细给出了算法的推导过程且对方腔顶盖驱动流进行了数值模拟。计算节点的布置采用同位网格技术,界面流速通过动量插值确定,在不同条件下讨论了迭代次数与残差的关系和不同算法的收敛性,同时验证了算法及程序是准确和可信的。

含裂纹复合材料的Cell-based光滑扩展有限元法

为克服有限元法(FEM)某些固有的缺陷,提高计算精度,将Cell-Based光滑有限元法(CSFEM)与扩展有限元法(XFEM)相结合,提出光滑扩展有限元法(CS-XFEM).用该方法对含中心裂纹和斜裂纹的正交各向材料板进行模拟,并与FEM,XFEM和BXFEM(bimaterial extended finite element method)计算结果进行对比.数值算例结果表明,CS-XFEM兼具CSFEM和XFEM两者优点:单元网格与裂纹面相互独立,裂尖不必是单元节点,裂尖处网格也不需要加密,域内积分可转化为边界积分,形函数不需求导,对网格质量要求低;因此是分析断裂问题的简洁高效的数值计算方法.

基于聚醚醚酮保持架的角接触球轴承特性仿真

针对高速重载工况下轴承保持架产生的问题导致轴承接触区摩擦温度升高,甚至诱发轴承失效的情况,将采用聚醚醚酮(PEEK)材料设计的带有突出侧梁结构的新型保持架装配的7014型号角接触球轴承与传统的胶木材料保持架轴承进行了对比分析。应用Fluent软件建立有限元模型进行数值分析,并通过轴承温升试验验证了数值模拟的正确性,研究了在不同工况下PEEK保持架的新结构对轴承腔内气流场的影响以及新材料对轴承温度场的影响,验证了PEEK轴承保持架的良好工作性能。

结构静态重分析的改进预条件Lanczos方法

通过引入Jordan约化变换及广义模态理论,对预条件Lanczos算法进行优化修正,建立一种新的结构拓扑修改静态重分析方法。该方法适用于拓扑修改中的三种情况,并易于上机实现。该方法根据初始分析结果,对拓扑修改的三种情况分别选取预条件子,并对相应预条件系统的系数矩阵进行改进,得到改进后预条件子,经过预条件及预条件子改进处理后系统系数矩阵条件数显著减小,收敛速度得到大幅提高,应用该改进的预条件Lanczos迭代算法计算拓扑修改后结构响应。将此算法与直接Lanczos算法分别应用于数值算例,比较预条件前后迭代收敛速度。同时分析该方法时间复杂度,并分别和组合近似方法(combined approximations,CA)与直接解法进行对比,对比表明本文提出的方法计算成本显著降低,计算结果验证了该算法的正确性和有效性。

基于MBNWS算法的假人胸部结构多目标优化设计

基于结构材料灵敏度分析,建立了具有粗细网格单元搭配特点且满足试验标定的假人胸部结构有限元简化模型。为了提高该简化模型的"拟人"精度,以同时降低胸部位移峰值及摆锤力峰值与物理假人的误差为目标,建立了基于材料参数的假人胸部多目标优化模型,及其高精度的目标函数代理模型。选取BFGS拟牛顿算法,结合应用加权和技术及Frisch内点罚函数处理,设计了可用于求解不等约束的多目标优化算法,即MBNWS算法。运用该算法获得了假人胸部简化模型多目标优化问题的Pareto最优解集及其前端。结果表明:优化设计后的假人胸部模型可更准确地模拟碰撞中物理假人胸部的力学响应特性。同时,该算法运行速度快、效率高,可推广应用于快速、有效地求解工程中的多目标优化问题。

论材料力学教学中学生工程素养的培养

“一流”课程要求材料力学教学中注重学生能力和素质的培养,提高分析问题和解决问题的能力。文章针对传统教学模式存在的问题,提出从激发学生的学习热情、虚拟仿真、建立工程案例库、扩宽学生视野等方面对材料力学教学进行改革,以提高学生的工程素养,实现创新型、复合型、应用型人才培养的目标。

刚梁-弹簧建立的车身接头简化模型

构造了一种用刚性梁单元和扭转弹簧单元来模拟轿车车身接头模型的方法。简化模型的参数有扭转弹簧的方向和刚度系数。通过扭转弹簧的刚度来考虑接头的柔度,通过弹簧的方向来考虑接头分支的角位移耦合。通过超单元方法和加载实验2种方法,给出了接头简化模型参数的确定方法。数值算例证明了提出的方法的有效性。