基于先进拉挤工艺的帽形长桁预成型模具的优化重构

对帽形长桁先进拉挤(Advanced Pultrusion, ADP)原理样机制备预制体试验进行了研究。预制体成型质量的影响因素有预成型模具曲面外形、预成型温度、张力大小等,其中模具曲面外形设计不合理会影响层合板温度均匀性及张力传递。结合M21预浸料材料属性在ABAQUS中建立模型模拟预成型过程,层合板变形模拟结果与实际试验基本吻合,验证了弹性参数及边界条件的可靠性。将变形后的预浸料层合板节点坐标通过CATIA文件夹内GSD_PointSpline-LoftFrom-Excel宏命令导入CATIA,运用创成式外形设计重构模具曲面外形。模具优化后重复预成型模拟试验,研究结果表明运用此方法重构模具曲面外形改善了层合板与模具之间的贴附性,架空间隙包络体积减小至优化前间隙体积的2.6%,从而可提高预成型过程中层合板的温度均匀性,便于预浸料层间滑移运动,减少预制体缺陷产生。

某乘用车地板纵梁抗撞性优化方法研究

汽车车身地板纵梁前端和地板纵梁的抗撞性直接影响到汽车正面碰撞时侵入量的大小。汽车碰撞中该部位的运动和变形形式复杂,结构设计变量多,是汽车车身抗撞性设计的难点部位。以减小驾驶室侵入量为目标,建立地板纵梁前端和地板纵梁碰撞变形的简化机构,利用限度分析法,结合薄壁梁最大弯曲力矩理论,将地板纵梁前端和地板纵梁的变形量目标转化为该部位最大弯曲力矩。采用帽形薄壁梁最大弯曲力矩理论公式,考虑结构质量因素,进行结构尺寸、厚度和材料的选择。在65km/h正面全宽刚性碰撞工况中,采用该方法获得的优化结构可使加速度峰值降低72.4m/s^(2),驾驶员侧左脚处和转向节处侵入量分别降低21.1mm和25.8mm,达到了将最大侵入量控制在150mm以内的目标。

基于侧面碰撞工况下B柱抗弯性能优化设计

基于侧碰工况,选取B柱薄弱截面,将其等效简化为单帽型薄壁梁.建立三点弯曲试验模型,研究单帽梁的抗弯性能.选取截面长宽比和外板厚度为设计变量,加载力峰值和比吸能为优化指标,轻量化和抗弯稳定性为约束条件.利用最优拉丁超立方设计采取30组样本点,建立优化目标的响应面模型,通过NCGA遗传算法进行多目标优化.优化后最大加载力下降7.87%,比吸能提高14.4%,同时加载力波动度下降10.5%,质量下降8.97%.抗弯性能得到显著提高.

PMI泡沫芯材填充GFRP帽型筋梁弯曲性能研究

通过三点弯曲试验得到聚甲基丙烯(酰)亚胺(PMI)泡沫芯材填充玻纤增强塑料(GFRP)帽型筋梁的弯曲性能数据,发现该结构有较好的延性,破坏形式较为安全。采用有限元方法对试验进行了数值模拟,得到了与试验相符的模拟结果,证明了数值模拟的可行性。在此基础上研究了泡沫芯材倾角、宽度、厚度的变化对结构刚度的影响并进行了数值计算,进一步考虑工艺等因素得出用于电动汽车车身覆盖件的PMI泡沫芯材填充GFRP帽型筋梁的优化设计参数。

复合材料帽型加筋层合梁刚度的理论计算研究

根据层合板理论,首先利用三维应力、应变转换关系,推导出复合材料帽型加筋层合梁的总体刚度矩阵公式,建立了复合材料帽型加筋层合梁的拉伸刚度和弯曲刚度理论计算式;然后,计算了轴向或横向荷载作用下,复合材料帽型加筋悬臂层合梁的拉伸和弯曲变形,并和ANSYS有限元计算结果进行了对比;最后,计算分析了腹板倾斜角度对结构刚度的影响。计算结果表明:腹板倾斜角度为60°时,帽型加筋结构的刚度和所需材料的比值达到最优值;拉伸和弯曲刚度的理论解和ANSYS有限元计算结果吻合较好,说明上述方法以及推导的计算公式是准确、可靠的。

异材异厚帽型梁结构轴向压溃理论研究

在车身耐撞性设计中,前纵梁等吸能部件广泛采用异材、异厚的帽型梁结构,而传统理论方法很难对其轴向压溃力进行准确预测。针对传统方法存在的不足,以超折叠单元(Superfolding Element,SE)理论为基础,提出通用帽型梁结构轴向压溃理论,可准确预测异材、异厚单帽及双帽薄壁梁结构的平均压溃力,并通过试验及仿真手段验证了该理论的准确性。

帽形冷弯薄壁型钢混凝土组合梁的试验研究

为探讨帽形冷弯薄壁型钢 混凝土组合梁的受力和变形性能 ,对三根足尺组合梁试件进行了两根简支、一根两跨连续梁的静力加载试验。详细介绍了三根试件的试验情况 ,依据钢结构规范中的等效矩形应力图法验证了该结构形式的可行性与可靠性 ,提出了尚待研究的问题 。

钢铝双帽型保险杠横梁多目标优化

为了保证保险杠横梁优良的碰撞性能,并使其质量更小和结构简单,研究了一种钢铝双帽型保险杠横梁。使用LS-DYNA软件对保险杠横梁进行摆锤正面冲击数值模拟,经对比发现,钢铝双材横梁相比相同结构单一材料的横梁在正面碰撞中显示出良好的平衡性和碰撞性能;使用控制变量法研究发现,横梁前后帽的厚度和法兰的位置对其碰撞性能有显著影响;以最优拉丁超立方算法建立38组设计点,基于Kriging算法构建近似模型,并使用NSGA-II算法,以碰撞性能最优、质量最小为目标对横梁进行多目标优化。优化后钢铝双帽型保险杠横梁碰撞性能更优、质量更小,其总吸能为838.28 J,载荷峰值为18.31 kN,质量为2.08 kg,侵入量为24.78 mm,碰撞时间为0.10 s。

工作台各速度段激光直写二元图案

为了进一步提高直角坐标激光的直写效率,提出了一种扫描工作台各速度段进行激光直写二元图案的方法。该方法用扫描工作台的位置反馈脉冲同步触发激光束曝光光刻胶,实现像素点的理想位置曝光;而且依据扫描工作台的运动特性和匀速直写时各像素点获得的曝光量情况,对处于扫描工作台加、减速度段的像素点的曝光强度进行调制,保证需要曝光的像素点对应的每一个位移分辨力距离上所获的曝光量与扫描工作台匀速运动时相同,从而保证扫描工作台速度连续变化的情况下激光直写能获得预期的曝光效果。仿真实验表明:以5mm×5mm曝光图案为例,该方法所需的直写时间是传统只在匀速段直写的77.77%;同时配备的声光调制器由16位降为12位时,扫描工作台整个加速段直写产生的曝光量相对误差由0.4%上升为10%。

闭口帽型薄壁梁压溃历程的精确仿真

应用数值仿真方法对车辆抵抗碰撞的典型构件进行了压溃历程研究。对比试验数据,分析了4个关键因素对变形模式和仿真精度的影响,得到闭口单帽型薄壁梁获得稳定压溃模式的参数控制方法。提出了车架前端耐撞构件兼顾吸能最大化与吸能平顺化的两步设计法。

泡沫铝填充双帽保险杠横梁碰撞性能优化

为了轻量化碰撞性能优良的汽车保险杠,优化研究新型泡沫铝填充的钢铝双帽型保险杠横梁。分别以正面对中、正面偏置和斜向角度3种碰撞工况建立摆锤和保险杠横梁的有限元模型,以横梁的前帽厚度、后帽厚度、前帽屈服应力和泡沫铝密度为设计变量,根据碰撞工况确定设计变量的约束条件,进行了3种碰撞工况下以比吸能最大和侵入量最小的多目标优化。进一步考虑横梁碰撞发生的概率,并将其作为权重因子建立包含综合比吸能最大和综合侵入量最小的多目标优化模型。优化后的保险杠横梁综合比吸能提高了4.19%,综合侵入量减少了3.54%,提高了新型保险杠横梁的碰撞性能及鲁棒性。

焊接边位置对双帽梁吸能特性的影响研究

针对焊接边不同位置对双帽梁吸能特性的影响问题,通过改变焊接边的相对位置,并与传统焊接边双帽梁进行对比分析,在有限元仿真分析的基础上,结合落锤试验对双帽梁的吸能特性进行研究。结果表明,焊接边的位置对双帽梁吸能效率和变形有一定的影响,焊接边越靠近薄壁梁边缘,吸能率越低,但变形效果越好。

轴向冲击载荷下帽形截面梁加强板设计研究

为了提高帽形截面梁在轴向冲击载荷作用下的吸能特性,利用超单元理论,结合动态落锤试验,对加强板设计进行研究,从变形形式、压溃力曲线和压溃结果特征值三方面,对多胞结构进行了优势验证和对加强板的结构进行了探讨,对受到轴向冲击载荷的帽形截面梁中加强板的设计提出了一系列的建议。加强板的设计应适量在帽型梁截面较为薄弱的地方增加方形胞元的个数,可以使截面超单元的数量增加,超单元边长缩小,从而减小褶皱半波长。本文提出的方法有利于提高帽形截面梁吸能效率,有效改善结构的变形稳定性。

架空地板横梁受力性能有限元分析

建筑装修一体化技术的普及,使得能够满足自由布线,接线等要求的架空地板得到了广泛的应用。在满足架空地板使用功能的前提下,研发一种新型的架空地板冷弯帽形钢横梁截面,有效增大了建筑室内的使用高度。采用有限元软件ABAQUS对方钢横梁和不同截面的冷弯帽形钢横梁进行受力性能研究。研究表明,新型横梁极限承载力和抗弯刚度与壁厚和翼缘宽度有关,壁厚对极限承载力和抗弯刚度的影响更为显著。冷弯帽形钢横梁在能够满足正常使用要求的同时,增加了地板上方的使用高度,可以取代方钢横梁。

VRB变厚板典型结构件性能对比试验

目的研究VRB与等厚板成形件在吸能特性和抗弯性方面的差异。方法通过准静态压溃、动态压溃及三点弯曲试验,获得并对比分析VRB变厚板的帽型梁典型结构件性能。结果变厚帽型梁的特殊结构在进行压溃变形时能起到诱导槽的作用;VRB帽型梁相比同质量的等厚板帽型梁,降低了峰值力,且吸能效果更优;随着帽型梁厚度(质量)的增加,冲击速度的提高,峰值力升高,吸收的能量增大;变厚板帽型梁的过渡区位置、过渡区长度、厚度分布等结构参数对抗弯承载性能有较大的影响。结论变厚板与等质量的等厚板成形件相比,有更好的结构性能特性。

单帽型薄壁梁弯曲和轴向压溃吸能的理论预测方法研究

以Kecman薄壁梁弯曲压溃理论和Wierzbicki超折叠单元理论为基础,建立一种改进的单帽型薄壁梁准静态弯曲压溃和轴向压溃理论模型,并推导相应的吸能公式。该模型适用于求解同材同厚、同材异厚、异材同厚和异材异厚的单帽型薄壁梁弯曲压溃和轴向压溃吸能。试验和数值仿真结果表明:与传统理论和模型相比,改进理论模型对于预测单帽型薄壁梁的弯曲压溃和轴向压溃吸能具有较高的精度,在应用范围方面更具有通用性。

迈克尔逊干涉仪在相位相干成像测量系统中的应用

传统4f相位相干成像测量技术中,利用相位物体使测量材料产生的相位变化转换为可直接观察的振幅变化,实现材料光学非线性折射率的测量。然而相位物体的厚度是固定不变的,相位延迟会随激光波长的改变而改变,测量中需要更换合适的相位物体。理论分析了不同激光波长对相位物体相移大小的影响,详细讨论了不同形状光束下相位物体的半径和相移的大小对4f相位相干成像系统灵敏度的影响。利用了迈克尔逊干涉仪中两束光的相位延迟替代传统相位物体的功能,实现了一种相位可调的相位物体。因为迈克尔逊干涉仪两束光的相位延迟连续可调,使得在不同形状光束及不同波长激光下的测量灵敏度达到最优。该方法进一步完善了4f相位相干成像测量技术,不仅解决了传统相位物体的不足,而且提高了系统测量的精度。

帽型梁落锤轴向冲击实验及有限元分析

对长300mm的帽型梁试件在落锤轴向冲击下的变形及能量吸收特性进行了实验及有限元分析。比较了不同厚度试件的力-位移响应及屈曲过程,分析了其能量吸收特性。研究结果表明:随厚度减少,试件会发生弯曲失稳,厚度为1.0mm的试件较厚度为1.2mm和0.8mm的试件具有更好的能量吸收效率。有限元模拟结果与实验结果吻合较好。

截面几何参数对帽型梁轴向冲击响应的影响

帽型梁结构作为汽车前纵梁主要部件,其轴向冲击变形模式和吸能特性是汽车被动安全设计的主要参考指标。为此,对带有倒角的帽型梁进行了初始能量为17.8kJ的落锤轴向冲击实验和数值模拟。保持梁结构的质量不变,对不带倒角和直角弯折的两种截面梁进行同等条件的数值模拟,在一定范围内探讨截面几何参数对帽型梁的变形模式、变形量、吸能总量、峰值载荷、平均碰撞载荷和碰撞力效率的影响。结果表明:对于带有倒角的帽型梁,其变形模式和变形量的计算结果与实验结果基本吻合,验证了计算模型的合理性;倒角的存在使结构变形模式从非紧凑型向紧凑型转变,提高了缓冲效果,降低了峰值载荷;弯折角度由93°变为90°时,对变形模式的影响较小,非直角弯折梁的吸能效果较直角弯折梁好。因此,截面几何参数对帽型梁结构的变形模式和吸能特性有一定影响。

某自锚上承式拱桥拱肋现浇支架施工技术研究

对沪杭客运专线海杭特大桥上跨石大公路88m+160m+88m自锚上承式拱桥的拱肋现浇支架施工技术进行研究。通过计算分析,采用梁柱式整体支架、拉杆协作体系支架、异型帽梁等一系列新颖、安全的施工措施,保证了该桥顺利施工。