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偕老同穴海绵启发的仿生结构吸能特性研究
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作者 杨峥 孙浩 +2 位作者 丁晓红 倪维宇 张横 《包装工程》 CAS 北大核心 2024年第15期297-306,共10页
目的为得到质量更轻、吸能效果更好的结构,以自然界中偕老同穴海绵复杂硅质骨针结构为仿生原型,提出一种偕老同穴海绵仿生吸能结构。方法通过有限元仿真对偕老同穴仿生结构和4种对比结构进行准静态压缩仿真,并在此基础上分析不同构型参... 目的为得到质量更轻、吸能效果更好的结构,以自然界中偕老同穴海绵复杂硅质骨针结构为仿生原型,提出一种偕老同穴海绵仿生吸能结构。方法通过有限元仿真对偕老同穴仿生结构和4种对比结构进行准静态压缩仿真,并在此基础上分析不同构型参数对海绵仿生结构吸能性能的影响。结果结果表明,偕老同穴海绵仿生结构在压缩过程中呈现二次受力平台效应,使得其吸能效果优于传统结构,同时当斜肋板位置系数Rkl为0.3时仿生结构的吸能效果最佳。随着斜肋板厚度的增大,结构的比吸能线性增加。从压溃力效率来看,当斜肋板厚度是纵横筋板厚度的1.6倍时,结构的压溃力峰值基本等于平均压溃力,结构压溃力效率达到最优,结构的整体吸能性能效果达到最优。结论本文所提出偕老同穴海绵仿生结构为高刚轻质吸能结构设计提供了参考,在吸能防护领域具有一定的应用前景。 展开更多
关键词 吸能结构(EAS) 仿生设计(BD) 比吸能(sea) 压溃力效率(CFE)
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具有不同诱导槽结构的薄壁圆管抗撞性优化 被引量:20
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作者 谭丽辉 谭洪武 +2 位作者 毛志强 崔晓梅 徐涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第8期16-21,共6页
在金属薄壁圆管(原模型)的基础上,分别引入不同形式的圆弧形诱导槽结构并以其为研究对象,建立以诱导槽半径、槽端距、槽间距为优化参数,以比吸能和最大峰值碰撞力为评价指标的多目标优化模型。分析研究了诱导凹槽、凸槽及凸凹交替的诱... 在金属薄壁圆管(原模型)的基础上,分别引入不同形式的圆弧形诱导槽结构并以其为研究对象,建立以诱导槽半径、槽端距、槽间距为优化参数,以比吸能和最大峰值碰撞力为评价指标的多目标优化模型。分析研究了诱导凹槽、凸槽及凸凹交替的诱导槽结构对薄壁构件吸能、最大峰值碰撞力的影响。采用有限元软件LS-DYNA得到不同几何参数模型的碰撞响应,结合径向基函数法构造近似函数,并采用理想点法进行优化设计,得出使结构最优时的不同形式的诱导槽半径、槽端距及槽间距,从而得到了不同形式的理想诱导槽优化结构。 展开更多
关键词 薄壁构件 比吸能 最大峰值碰撞力 抗撞性 诱导槽
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带有圆弧形凸槽金属薄壁圆管抗撞性优化设计 被引量:20
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作者 谭丽辉 徐涛 +2 位作者 张炜 崔晓梅 赵世佳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第21期80-84,共5页
在金属薄壁圆管(原模型)上设置圆弧形凸槽诱导结构并以其为研究对象,建立以凸槽个数及其半径为设计变量,以比吸能(SEA)最大化和最大峰值碰撞力(MaxF)最小化的多目标优化模型。在保证不影响薄壁构件吸能能力的情况下,通过对其结构的优化... 在金属薄壁圆管(原模型)上设置圆弧形凸槽诱导结构并以其为研究对象,建立以凸槽个数及其半径为设计变量,以比吸能(SEA)最大化和最大峰值碰撞力(MaxF)最小化的多目标优化模型。在保证不影响薄壁构件吸能能力的情况下,通过对其结构的优化达到最大峰值碰撞力最小化的目的。采用有限元软件LS-DYNA得到不同几何参数模型的碰撞信息,结合径向基函数法构造近似函数,并采用理想点法求解多目标优化问题。分析了凸槽个数和半径对薄壁构件的比吸能和最大峰值碰撞力的影响,得到了理想的优化模型,为进一步研究实际吸能元件奠定基础。 展开更多
关键词 薄壁构件 比吸能 最大峰值碰撞力 优化设计 圆弧形凸槽
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端部方锥形薄壁构件的抗撞性尺寸优化 被引量:12
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作者 侯淑娟 李青 龙述尧 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期682-685,共4页
基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,以提高车辆吸能原件的抗撞性为目的,研究正方形截面金属薄壁构件的端部锥形尺寸对抗撞性的影响。经过数值分析,得出端部为方锥形的正方形截面薄壁构件的比吸能关于锥形长度... 基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,以提高车辆吸能原件的抗撞性为目的,研究正方形截面金属薄壁构件的端部锥形尺寸对抗撞性的影响。经过数值分析,得出端部为方锥形的正方形截面薄壁构件的比吸能关于锥形长度和小锥边长的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,为进一步研究奠定基础。 展开更多
关键词 优化 有限元 锥形薄壁构件 抗撞性 比吸能
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陶瓷纤维混凝土的抗冲击性能试验研究 被引量:9
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作者 苏灏扬 许金余 +2 位作者 白二雷 罗鑫 席阳阳 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期237-243,共7页
采用100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了不同纤维掺量(体积分数,下同)的陶瓷纤维混凝土(CRFRC)冲击压缩特性.采用厚度为1mm,不同直径的H62黄铜波形整形器对入射波进行整形,确保了试验过程中的应力均匀性,实现了恒应变率加载... 采用100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了不同纤维掺量(体积分数,下同)的陶瓷纤维混凝土(CRFRC)冲击压缩特性.采用厚度为1mm,不同直径的H62黄铜波形整形器对入射波进行整形,确保了试验过程中的应力均匀性,实现了恒应变率加载.结果表明:随着纤维掺量的增加,CRFRC的峰值应力和峰值应变明显增加,应力应变曲线下降段由缓变陡;冲击压缩强度和能量吸收特性较素混凝土显著提高,当应变率为(74±2)s-1时,纤维掺量为0.3%的CRFRC能量吸收率明显高于素混凝土.另外,拟合了动态强度增长因子随应变率对数变化的关系式. 展开更多
关键词 陶瓷纤维混凝土 动态强度增长因子 过渡应变率 比能量吸收
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汽车碰撞中锥形晶胞薄壁金属管吸能特性的仿真研究 被引量:8
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作者 邹猛 魏灿刚 +2 位作者 许述财 赵振家 张金换 《汽车安全与节能学报》 CAS 2012年第4期326-331,共6页
薄壁金属管是汽车碰撞时为安全性所设置的吸能结构件。为优化设计金属薄壁管,该文研究了不同锥度、晶胞数的LD2铝合金锥管的吸能特性。用Hypermesh和Ls-Dyna软件,在轴向和偏斜方向动态载荷两种作用下,以初始峰值载荷(IPL)和比吸能(SEA)... 薄壁金属管是汽车碰撞时为安全性所设置的吸能结构件。为优化设计金属薄壁管,该文研究了不同锥度、晶胞数的LD2铝合金锥管的吸能特性。用Hypermesh和Ls-Dyna软件,在轴向和偏斜方向动态载荷两种作用下,以初始峰值载荷(IPL)和比吸能(SEA)来表征吸能特性,进行仿真分析。结果是:对于单、双、四晶胞的锥管,IPL均随着锥度的增加而降低;锥管的IPL均低于直管的IPL,SEA随着锥度的增加而提高;随着斜碰角度的增大,锥度为0.3的四晶胞锥管在斜碰的峰值载荷和比吸能均降低。因此,合理地调整锥度和晶胞数,可以提高薄壁管的吸能特性。 展开更多
关键词 汽车碰撞 汽车结构件 锥管 晶胞 初始峰值载荷(IPL) 比吸能(sea)
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矩形截面锥形薄壁管关于能量吸收和初始碰撞力峰值的优化 被引量:13
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作者 龙述尧 陈仙燕 李青 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第11期70-75,共6页
以矩形截面锥形薄壁管为吸能元件,从吸能能力和轻量化角度出发,以比吸能和比吸能与初始碰撞力峰值的比值为优化目标函数,采用响应面法,利用有限元软件LS-DYNA,分析了矩形截面锥形薄壁管结构的几何参数对其比吸能和比吸能与初始碰撞力峰... 以矩形截面锥形薄壁管为吸能元件,从吸能能力和轻量化角度出发,以比吸能和比吸能与初始碰撞力峰值的比值为优化目标函数,采用响应面法,利用有限元软件LS-DYNA,分析了矩形截面锥形薄壁管结构的几何参数对其比吸能和比吸能与初始碰撞力峰值的比值的影响,得到了各自优化模型下的最优结果,为汽车结构吸能元件的设计提供参考。 展开更多
关键词 优化 矩形截面锥形薄壁管 响应面法 比吸能 初始碰撞力峰值
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填充泡沫铝的多层铝管动态压溃吸能特性研究 被引量:8
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作者 杨智春 袁潘 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期12-16,共5页
采用数值模拟的方法研究和分析了无填充物的多层铝管结构的吸能特性,结果发现多层铝管相比单层铝管,不但具有较大的吸能量,而且还具有较高的比吸能率;在此基础上,设计了不同层数的多层管泡沫铝填充结构,研究发现泡沫铝不但受轴向压溃变... 采用数值模拟的方法研究和分析了无填充物的多层铝管结构的吸能特性,结果发现多层铝管相比单层铝管,不但具有较大的吸能量,而且还具有较高的比吸能率;在此基础上,设计了不同层数的多层管泡沫铝填充结构,研究发现泡沫铝不但受轴向压溃变形,同时也受到了铝管层之间的相互作用力使其在径向发生了变形;之后对多层管填充3种不同密度的泡沫铝,采用变参分析的方法研究了多层管层数和泡沫铝密度对整个结构吸能特性的影响;研究结果表明:填充泡沫铝的多层管,随着层数的增加,其比吸能率和吸能量也随之有所增加,随着泡沫铝密度的提高,比吸能率的提高量开始下降,但仍高于填充相同泡沫铝的单层管。 展开更多
关键词 多层管 泡沫铝填充 数值模拟 比吸能率
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端部圆锥形薄壁构件的抗撞性设计优化 被引量:3
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作者 侯淑娟 李青 龙述尧 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期37-40,共4页
基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,研究了圆形截面金属薄壁构件的端部锥形尺寸对抗撞性的影响;经过数值分析,得出了端部为锥形的圆形截面薄壁构件的比吸能关于锥形长度和锥边直径的变化规律,这些规律可以用于... 基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,研究了圆形截面金属薄壁构件的端部锥形尺寸对抗撞性的影响;经过数值分析,得出了端部为锥形的圆形截面薄壁构件的比吸能关于锥形长度和锥边直径的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,并为进一步研究奠定了基础. 展开更多
关键词 设计优化 有限元法 锥形薄壁构件 抗撞性 比吸能
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碳纤维增强地聚物混凝土韧性评价指标的对比研究 被引量:10
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作者 朱靖塞 许金余 +3 位作者 罗鑫 李为民 白二雷 高志刚 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期303-308,共6页
采用经波形整形技术改进后的100分离式Hopkinson压杆试验装置,开展了碳纤维增强地聚物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC)的冲击压缩试验,基于峰值韧度和比能量吸收2种评价指标研究了CFRGC的冲击韧性,并进... 采用经波形整形技术改进后的100分离式Hopkinson压杆试验装置,开展了碳纤维增强地聚物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC)的冲击压缩试验,基于峰值韧度和比能量吸收2种评价指标研究了CFRGC的冲击韧性,并进行了对比分析和机理探究.结果表明:从峰值韧度的评价指标来看,CFRGC在碳纤维体积分数为0.3%时能发挥出明显的冲击增韧优势;从比能量吸收的评价指标来看,CFRGC的增韧特性在碳纤维体积分数为0.2%和0.3%时相对较优异;2种表征冲击韧性的方法所反映的发展趋势存在一致性,一是冲击韧性指标存在明显的应变率效应,二是碳纤维对于地聚物混凝土而言具有一定的增韧效果;在评价碳纤维增强地聚物混凝土的冲击韧性时,采用比能量吸收指标更加有效、合理. 展开更多
关键词 碳纤维增强地聚物混凝土 韧性评价指标 峰值韧度 比能量吸收 分离式霍普金森压杆
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自由外翻式组合吸能装置的设计及优化 被引量:5
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作者 刘彬 肖守讷 +2 位作者 朱涛 阳光武 车全伟 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第17期2052-2059,共8页
为研究三节直翻卷圆管轴向压缩下的吸能特性,采用非线性有限元软件LS-DYNA进行了仿真分析,发现当上圆管、下圆管壁厚越接近且上圆管厚度略大于下圆管时,载荷-位移曲线统一于一条平稳的水平线,圧缩力效率乘积可达0.838 7,比吸能可达15.34... 为研究三节直翻卷圆管轴向压缩下的吸能特性,采用非线性有限元软件LS-DYNA进行了仿真分析,发现当上圆管、下圆管壁厚越接近且上圆管厚度略大于下圆管时,载荷-位移曲线统一于一条平稳的水平线,圧缩力效率乘积可达0.838 7,比吸能可达15.342 8 J/g,冲程效率高达76%,接近理论值。针对三节直翻卷圆管冲程效率高、载荷十分平稳但比吸能欠缺的特点,在其内部填充波纹管和多胞管以提高总吸能及比吸能。结果表明:填充后形成的组合吸能装置延续了冲程效率高、载荷平稳的特性,相比单一直翻卷管,总吸能提高了105.75%,比吸能提高了26.28%。利用径向基函数代理模型及遗传算法对组合吸能装置的比吸能进行寻优,优化结果显示,最大比吸能在多胞管、波纹管壁厚分别取上限值、下限值时达到,且相比单一直翻卷管,其值提高了30.86%。 展开更多
关键词 三节直翻卷管 组合吸能装置 圧缩力效率 冲程效率 比吸能
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Grey Relational Analysis Coupled with Principal Component Analysis Method For Optimization Design of Novel Crash Box Structure 被引量:1
12
作者 Shuang Wang Dengfeng Wang 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2019年第3期577-584,共8页
Crashworthiness and lightweight optimization design of the crash box are studied in this paper. For the initial model, a physical test was performed to verify the model. Then, a parametric model using mesh morphing te... Crashworthiness and lightweight optimization design of the crash box are studied in this paper. For the initial model, a physical test was performed to verify the model. Then, a parametric model using mesh morphing technology is used to optimize and decrease the maximum collision force (MCF) and increase specific energy absorption (SEA) while ensure mass is not increased. Because MCF and SEA are two conflicting objectives, grey relational analysis (GRA) and principal component analysis (PCA) are employed for design optimization of the crash box. Furthermore, multi-objective analysis can convert to a single objective using the grey relational grade (GRG) simultaneously, hence, the proposed method can obtain the optimal combination of design parameters for the crash box. It can be concluded that the proposed method decreases the MCF and weight to 16.7% and 29.4% respectively, while increasing SEA to 16.4%. Meanwhile, the proposed method in comparison to the conventional NSGA-Ⅱ method, reduces the time cost by 103%. Hence, the proposed method can be properly applied to the optimization of the crash box. 展开更多
关键词 CRASH box optimization maximum COLLISION force (MCF) specific energy absorption (sea) GREY RELATIONAL ANALYSIS (GRA) principal component ANALYSIS (PCA)
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两种不同诱导槽结构抗撞性优化设计 被引量:3
13
作者 谭丽辉 谭洪武 +1 位作者 崔晓梅 徐涛 《长安大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期120-126,共7页
为了提高圆截面金属薄壁构件的抗撞性,在其上引入圆弧形凹、凸2种诱导槽结构并以其为研究对象。建立以诱导槽数量及其半径为优化参数,以比吸能(SEA)和压溃力效率(CFE)为评价指标的多目标优化数学模型。讨论了均布设置的诱导凹槽、凸槽... 为了提高圆截面金属薄壁构件的抗撞性,在其上引入圆弧形凹、凸2种诱导槽结构并以其为研究对象。建立以诱导槽数量及其半径为优化参数,以比吸能(SEA)和压溃力效率(CFE)为评价指标的多目标优化数学模型。讨论了均布设置的诱导凹槽、凸槽对结构吸能、最大峰值压溃力及压溃力曲线平稳性的影响。采用全因子试验设计选取设计样本点,通过有限元软件LS-DYNA得到不同样本点的碰撞响应,结合径向基函数法构造优化指标的近似函数,并采用理想点法进行优化设计。研究结果表明:优化后凹、凸2种诱导槽结构与原模型相比,压溃力效率分别提高了53.22%、102.15%,最大峰值压溃力各降低了52.1%、57.49%,压溃力曲线更趋于平稳;由于施加诱导槽造成结构整体质量增加,导致优化后凹、凸2种诱导槽结构的比吸能分别比原模型各减少了4.05%、7.99%,与大幅降低的最大峰值压溃力相比,很好地达到了提高抗撞性的目标。 展开更多
关键词 汽车工程 优化设计 比吸能 压溃力效率 诱导槽 薄壁构件
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薄壁管抗撞性能的多目标结构优化 被引量:3
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作者 陈仙燕 龙述尧 杨旭静 《数值计算与计算机应用》 CSCD 2008年第3期161-170,共10页
以交通工具中部分锥形薄壁方管的安全装置作为研究对象,建立以薄壁管在碰撞过程中吸收能量最大化,比吸能最大化和初始碰撞力峰值最小化为多目标的优化问题,用锥形部分的几何参数作为设计变量,在保证不降低薄壁管吸能能力的情况下,通过... 以交通工具中部分锥形薄壁方管的安全装置作为研究对象,建立以薄壁管在碰撞过程中吸收能量最大化,比吸能最大化和初始碰撞力峰值最小化为多目标的优化问题,用锥形部分的几何参数作为设计变量,在保证不降低薄壁管吸能能力的情况下,通过对其结构的优化达到初始碰撞力峰值最小化的目的,论文采用有限元软件LS-DYNA得到不同几何参数模型的碰撞信息,用响应面法构造近似函数,同时引入权系数以表征各个目标在优化问题中的重要程度,并采用理想点法求解多目标优化问题,分析了锥形薄壁方管各几何参数对结构的能量吸收、比吸能和初始碰撞力峰值的影响,最终得到了给定权系数下的最优模型。 展开更多
关键词 部分锥形薄壁方管 响应面法 比吸能 初始碰撞力峰值 多目标优化
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