碳纤维复合材料车门防撞梁多尺度高效变形模拟及实验验证

以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当的位置,结果表明计算资源的利用效率得到显著提升,实现了工程零部件损伤行为的高效预测,实际计算时间缩短至原来的1/4。对三点弯状态下复合材料防撞梁的宏微观渐进损伤过程进行了分析。基于真空袋成形工艺进行了防撞梁样件试制以及三点弯破坏实验,验证了仿真结果的准确性。

基于GISSMO失效准则的1500 MPa热成形钢断裂失效模型分析

以CR1000/1500HS为研究对象,基于GISSMO断裂失效准则,设计表征不同失效形式的5种测试试样;基于万能拉伸试验机和DIC测试系统,获取不同试样拉伸过程的力-位移曲线和断裂时刻的极限塑性应变;基于LS-DYNA搭建各失效试样的仿真分析模型,提取各试样断裂区域的应力三轴度;拟合获得断裂失效曲线和塑性失稳曲线,迭代获取其他模型参数;采用车门防撞梁动态三点弯曲冲击试验和仿真模型对承载特性进行分析;对比GISSMO失效模型、传统应变失效模型与试验测试的力-位移曲线差异,以验证失效模型的准确性。结果表明:Swift和Hockett-Sherby混合硬化模型可准确描述材料的塑性变形行为,关键参数误差小于5%;GISSMO失效模型获得的车门防撞梁承载特性关键参数和承载力-位移曲线与试验测试结果保持一致,误差低于5%;而采用传统应变失效准则获得的结果误差较大,最大位移的误差达到30%;表明基于GISSMO失效准则的材料模型可以准确表征CR1000/1500HS的塑性变形行为及断裂失效行为。

基于ANSYS/LS-DYNA的校车后防撞钢梁碰撞安全性能研究

针对近年来我国校车追尾事故多发的现状,利用ANSYS/LS-DYNA软件对某款校车防撞钢梁进行碰撞仿真分析,研究在不同速度下追尾碰撞时防撞钢梁变形的规律和特点.研究表明:该校车在低速、中速和高速3种速度情况下发生追尾碰撞,对车体乘员产生不同的冲击和影响,横梁及支架吸收了不同的能量,产生了不同程度的变形.研究结果可为校车减少后防撞钢梁盲目设计和后续优化设计提供一定的理论依据.

开口防撞梁辊弧后端头收张口研究

针对开口防撞梁辊弧后端头收张口问题,采用仿真和实验方法进行了研究。选取3种典型开口防撞梁进行分析,通过分析截形角度和匹配角度对收张口的影响得出辊弧后收张口的变化规律;通过对断面应力分析得出辊弧后收张口的原因并提出了改善措施;通过分析反弯措施对收张口的影响,得出了布局角度对收张口的影响规律,并通过实验进行了验证;通过4种反挤压变形方案对收张口进行了分析,并经方案改进后得出最优工况。结果表明:起弧轮布局角度一定时,截形角度越大,立筋刚度越小,收张口差值随截形角度的增大而减小;辊弧后产生收张口现象是由辊弧时工件内部产生的剪应力造成的,剪应力是由起弧轮高度差引起的;调整起弧轮布局角度形成反弯可消除部分内应力,减小收张口差值;反挤压变形可减小收张口差值,采用5个整形轮时结构最优;内推轮内推2 mm时辊弧后防撞梁一致性较好,但同时带来法兰边翘曲的不良影响。

基于LS-DYNA的车门防撞梁碰撞仿真分析

利用有限元软件LS-DYNA,对BR1500HS高强钢车门防撞梁的侧面柱碰撞工况进行仿真,得到了车门防撞梁的变形规律,可为车门防撞梁的设计和生产提供参考。

热塑性复合材料防撞梁模压成型工艺研究

通过对某型号不锈钢防撞梁结构进行热塑性碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料铺层和受力分析,利用热压罐成型工艺制备热塑性复合材料层合板,最后采用机械臂自动化转移和热模压成型工艺,研究了CF/PPS料片加热软化制备防撞梁零件的可行性。另外,对热塑性复合材料防撞梁零件进行了测试,结果表明:热塑性复合材料防撞梁外观质量良好,无明显缺陷以及纤维紊乱等现象;平均厚度为2.867 mm;单件防撞梁零件平均质量为462.4 g,比原来不锈钢零件质量减轻约51.3%;孔隙率平均值为1.20%;热塑性复合材料防撞梁零件耐环境性能良好;三点弯力学性能试验与仿真结果偏差为4%;热塑性复合材料防撞梁产品生产效率为10件/h。

钢管桩防撞墩设计及参数分析

为了预防因船撞事故对已建成桥梁造成损伤,以大石大桥为背景,对该桥进行了钢管桩独立防撞墩的设计并采用midas Civil有限元软件对其承载力进行验证分析。在此基础上,研究了桩间距、钢管壁厚、系梁尺寸以及系梁数量等参数对防撞墩的抗撞性能影响。结果表明:所设计的独立防撞墩满足防撞能力要求;桩间距的提升可以提高结构的弯曲变形性能;结构的受力性能受钢管壁厚影响明显,随着壁厚的增大,结构的能需比能提高34%;系梁的尺寸以及数量的增加能改善结构的整体受力,系梁的应力随着尺寸增大及数量增加而大幅度减小,其中系梁的尺寸影响更大。

人工时效制度及停放时间对防撞梁用7003铝合金性能的影响

通过对7003铝合金型材进行不同温度、不同时间的加热时效,最终得到最适宜的人工时效制度,即105℃×8 h+145℃×12 h。通过对比不同停放时间下的7003铝合金型材力学性能检测结果,可以知道在铝型材挤压完成后需尽快转序进行深加工,以降低加工难度,避免产生拉弯开裂、橘皮等缺陷。

低速碰撞下防撞梁的冲击响应分析

低速碰撞工况下防撞梁冲击响应的分析对于改善汽车防撞梁的安全性能具有重要意义。文章以某款汽车防撞梁为研究对象,对其开展了落锤试验,从碰撞力、侵入量以及吸能特性等几个方面对试验结果进行分析。结果发现该防撞梁至少吸收了六成的能量,且未发生断裂,能够起到较好的吸能作用。此外,还总结了性能参数之间的影响规律,即侵入量增加,碰撞力增加,能量增加;侵入量减小,碰撞力减小,能量减小,为后期防撞梁系统的设计与改进提供一定的数据指导。

保险杠前防撞梁材料-结构一体化轻量化设计

为了进一步实现汽车的轻量化设计,引入熔模精密铸造铝合金技术应用于汽车保险杠前防撞梁。结合熔模精密铸造工艺,对某款电动汽车保险杠前防撞梁进行材料-结构一体化设计,并以轻量化为目标,建立响应面模型进行一体化优化。试制优化后的新型前防撞梁,对比原钢制防撞梁,通过模态和碰撞试验及仿真验证其力学性能,确保新型铸铝防撞梁设计的可行性。重点说明了防撞梁优化设计、仿真和试验过程。结果表明:在保证性能的前提下,防撞梁质量减轻20.5%,达成轻量化设计目标。

基于LS-DYNA汽车前防撞梁仿真分析及其结构优化

为了满足某汽车前防撞梁轻量化的需求,采用比强度高的碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)作为主要减重方式;同时为了提高其耐撞性能,进而对其结构设计优化,使得碰撞性能符合国家标准。在保证原有防撞梁的连接方式、整体尺寸不变的前提下,依据等刚度设计方法初步确定CFRP防撞梁的截面厚度。考虑碳纤维复合材料成本、制造工艺的可行性、连接方式等因素,提出三种结构优化方案。按照国家低速正面碰撞规范,通过LS-DYNA软件对其进行低速碰撞仿真,根据仿真结果确定耐撞性能最好的方案。与原钢制保险钢相比,质量减少了74.07%,降低了材料成本,且制造工艺易实现。

钢-混组合梁桥面板-防撞护栏一体化钢模板设计分析

以嘉兴市市区快速路环线工程中某联钢-混组合梁桥施工时需要跨越某汽车4S店实例为背景,设计了桥面板-防撞护栏一体化钢模板,施工时先后作为桥面板和防撞护栏混凝土浇筑模板,可有效防止桥面坠物并保证施工安全。结合工程特点,对一体化钢模板进行了参数化设计,证实了该类型模板的适用性,得出了具有一定参考价值的结论。

汽车铝合金前防撞横梁服役性能仿真及优化设计

以壁厚为设计变量,以碰撞安全性能优于原钢制横梁为设计约束,采用遗传算法开展了铝合金前防撞横梁设计及多目标优化。结果表明,在100%和40%重叠刚性墙低速碰撞工况下,原钢制前防撞横梁的碰撞支反力峰值、最大碰撞侵入位移和最大有效塑性应变分别为29.25和24.29 kN、36.84和39.80 mm以及0.30和0.21,存在开裂风险。总质量、最大碰撞侵入位移和碰撞支反力峰值响应对铝合金前防撞横梁后端面和前端面的壁厚变化较为敏感,而最大有效塑性应变响应则对垂向加强筋和横向加强筋的壁厚变化较为敏感。在100%和40%重叠刚性墙低速碰撞工况下,Pareto最优解的各项性能较原钢制前防撞横梁均有不同程度提升,最大碰撞侵入量分别降低了26.9%和40.7%,最大有效塑性应变分别降低了75.7%和52.4%,碰撞支反力峰值分别提升了43.6%和22.6%,实现了铝合金前防撞横梁总质量减重4.73 kg,减重54.8%。

B2000HS+AS防撞梁热冲压仿真分析及试验研究

以B2000HS+AS材料为研究对象,建立了热冲压仿真材料卡片和防撞梁热冲压有限元模型,对B2000HS+AS防撞梁成形过程进行仿真分析并获得其厚度分布,然后以1.5 mm厚的B2000HS+AS钢板进行防撞梁热冲压工艺试验,并检测热冲压件上不同位置的厚度和力学性能。对比试验与仿真分析结果,验证了B2000HS+AS热冲压仿真材料卡片和防撞梁热冲压有限元模型的准确性,为B2000HS+AS防撞梁热冲压工艺设计及模具开发提供了可靠依据。

铝合金前防撞横梁的服役性能预测及评价

在某车型前舱的设计空间内,设计了一款基于铝型材的前防撞横梁,并通过准静态和动态拉伸试验获得了铝合金的应力-应变曲线,开展了前防撞横梁的服役性能预测及评价。结果表明,6061-T6和6082-T6铝合金的流变应力具有明显的应变速率效应。相比之下,6061-T6铝合金的屈服强度略高,而6082-T6铝合金的应变硬化和应变速率硬化更强;40%重叠偏置碰撞的最大侵入量和应变均大于100%重叠正面碰撞,两者的最大侵入量分别为29.2和29.1 mm,最终侵入量分别为22.4和14.9 mm;拖钩强度工况下,前防撞横梁各结构和焊缝的安全系数均大于1.45,6061-T6铝合金部件、6082-T6铝合金部件和焊缝处的最大疲劳损伤分别为0.435、0.103和0.460,满足强度和损伤的评价指标。

纤维增强复合材料汽车前防撞梁的设计与分析

为减轻车身重量,以某新能源车型前防撞梁为研究对象,分别采用单向碳纤维增强树脂基复合(Continuous Fiber Reinforced Polymeric,CFRP)材料和机织碳-玻混杂纤维增强树脂基复合(Carbon-Glass Fiber Reinforced Polymeric,C-GFRP)材料代替原铝合金(6082-T6)材料。基于三点静压工况,确定“凹”字形结构为新设计复合材料前防撞梁的截面形状。基于熵权TOPSIS法对C-GFRP复合材料前防撞梁进行多目标优化,结合正面低速碰撞仿真对比,确定了2种复合材料前防撞梁的最优铺层厚度和铺层角度,通过碰撞比吸能、最大侵入量和碰撞支反力峰值等性能参数对比,分析了2种复合材料前防撞梁各自的优势。

基于博弈论的一体化防撞梁多目标优化设计

为提高一体化集成设计防撞梁的碰撞安全性,将防撞梁耐撞性和轻量化的多目标优化模型转变为博弈模型并形成映射关系,以比吸能和质量作为博弈双方进行博弈,通过引入博弈距离和博弈力矩进行策略归属构建,并结合博弈效用函数将模型仿真转化为数值优化,通过对博弈效用函数进行纳什均衡分析得到最优解。结果表明,相比于初始设计,博弈设计的一体化防撞梁质量减轻了26.47%,比吸能增加了22.18%,所提出的算法相比于传统优化算法具有更好的稳定性和优化效果。

泡沫铝填充结构改善汽车低速碰撞耐撞性研究

为改善汽车低速碰撞耐撞性,减少维修成本,试验研究了铝空管及泡沫铝填充管的三点弯曲性能,对比分析了部分填充与全填充的泡沫铝填充管的承载特性及吸能总量。建立了对应的三点弯曲有限元仿真模型,对比试验结果与模拟结果,验证了有限元仿真模型的可靠性。基于泡沫铝填充管的研究结果,进行了某轻型物流车前防撞梁总成在C-IASI前端低速碰撞工况下的模拟试验,对比汽车前防撞梁本体填充泡沫铝前后的耐撞性。结果显示,在前防撞梁本体中填充泡沫铝,改善了车辆的碰撞吸能性,降低了前端侵入量,提高了汽车安全性。

基于多目标优化的电动汽车车门防撞梁通用化开发

为解决电动汽车开发中防撞梁尺寸、材料、质量、性能都不一致的情况,实现其通用化开发,提高车门总成的设计开发效率和性能集成水平,以电动汽车车门防撞梁通用化开发为例,采用试验设计、虚拟仿真和多目标优化方法,对车门防撞梁参数进行多目标优化。结果表明:优化后的电动汽车车门防撞梁满足耐撞性和轻量化要求,同时提高了通用化水平,为车身部件通用化开发提供了有效的参考。

上跨平交口型钢现浇板钢混叠合梁施工技术研究

在传统钢混叠合梁施工技术基础上,研发了上跨平交口型钢现浇板钢混叠合梁施工技术。论文对此技术进行详细介绍。该技术解决了平交口施工效率及施工安全问题。