基于箱梁模型试验的Kelvin碰撞刚度

选取非同种材料的典型钢箱梁截面和混凝土箱梁截面为原型箱梁截面,基于等效刚度的原则,根据结构模型试验的相似理论,将扁平钢箱梁原型简化为矩形钢箱梁,将单箱双室混凝土箱梁原型简化为实体矩形混凝土梁;设计并制作了4根与原型梁同材料的1/30混凝土梁及钢箱梁模型的缩尺模型,在缩尺模型上布设压力测点和位移测点,设计悬吊式的试验装置,研究混凝土与混凝土、钢材与钢材、混凝土与钢材3种不同材料梁模型的碰撞问题,分析不同模型下的碰撞刚度比,以及碰撞刚度随碰撞速度的变化关系;开展了Kelvin碰撞刚度影响因素的研究,提出了求解Kelvin碰撞刚度的经验模型,得出了试验原型简支混凝土梁桥的Kelvin碰撞刚度的取值范围。研究结果表明:基于试验实测力和位移的关系求解的Kelvin碰撞模型碰撞刚度明显小于较短梁的轴向刚度值,其与较短梁的刚度比最大值仅为0.012680;Kelvin碰撞刚度值与碰撞刚度系数、较短梁轴向刚度、碰撞速度、邻梁长度比及长梁长度相关;Kelvin碰撞模型下同种材料碰撞刚度系数的上、下限值均大于非同种材料的,而混凝土或钢材同种材料的碰撞刚度系数相差较小;32 m简支梁桥Kelvin碰撞刚度k_k的取值在4×10^5~6×10^5 kN/m之间。

具有惯性补偿的机器人变刚度碰撞传感器研究

针对现有机器人手部碰撞检测装置灵敏度低和适应性差的问题,基于电磁力伺服的可变刚度手部惯性力补偿机制,设计一种具有惯性自适应功能的变刚度机器人碰撞传感器。该传感器的碰撞触发力阈值随机器人手部惯性力而自适应改变,以消除惯性力对碰撞检测的影响并实时提高碰撞检测的灵敏度。碰撞实验结果显示:该电磁变刚度方法可显著降低传感器预紧弹簧的压缩力,提高机器人末端执行器碰撞过程的动态检测灵敏度,进而提升机器人在人机协作中的碰撞检测和安全防护的智能化水平。

基于Kelvin模型的曲线梁桥地震碰撞响应分析

选取西北地区某立交桥为研究对象,基于Kelvin碰撞模型,对结构进行地震作用下的碰撞力、位移、内力、应力进行非线性时程分析。计算结果表明,地震作用下桥梁结构的碰撞力、碰撞次数与地震动输入的方向是密切相关的,碰撞作用产生的碰撞力大小是影响结构梁体切向、径向位移的最主要因素,碰撞作用对梁体跨中拉应力的影响很小,而对梁体跨中和梁端压应力的影响很大,特别对靠近碰撞单元的梁孔影响更加显著。

基于侧面柱碰撞工况驾驶员肩部损伤优化

对比三款车型假人肩部力曲线,发现在侧面柱碰撞工况中,肩部力超出capping值的情况较为常见。文章通过零部件布置、内饰关重件设计及气囊包型三个方面分析了其对于假人肩部力的影响。提出合理布置车门及B柱饰板内强度较硬的塑料件、选择合适的内饰材料、合理设计气囊包型对于假人肩部力有显著的改善效果。

地震时桥梁碰撞分析的等效Kelvin撞击模型

建立地震时桥梁碰撞分析的Kelvin撞击模型的参数确定方法。基于Hertz接触理论,考虑波动效应,按照最大撞击力与最大撞击变形的比值,确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度;数值分析了影响Kelvin撞击模型阻尼系数取值的邻梁碰撞恢复系数。结果表明:Kelvin撞击模型的碰撞刚度随Hertz接触刚度、撞击速度以及短梁与长梁的长度比的增大而增大;波动效应对碰撞刚度的影响明显,不能忽略;邻梁碰撞恢复系数随撞击速度增大而减小,随短梁与长梁的长度比减小而减小;确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度和邻梁碰撞恢复系数对城市桥梁的合理取值范围应分别为3×105kN/m―6×105kN/m和0.7―0.95。

桥梁结构地震碰撞分析模型的碰撞刚度计算方法研究

针对桥梁结构地震碰撞模拟问题,文中分别推导了基于波动理论的直杆共轴碰撞模型和基于接触单元法的刚体碰撞模型中相应的最大碰撞变形的计算式,并基于二者相等的关系给出了Kelvin模型和Hertz-damp模型中相应碰撞刚度的计算方法,并对所建议方法的合理性和精确度进行了验证分析。研究结果表明,文中建立方法计算的Kelvin模型的碰撞刚度数值明显小于较短主梁的轴向刚度,这一点与以前学者基于实测数据分析得到的结论相一致。数值分析结果表明,相比以前的碰撞刚度计算方法,采用本文建议的方法确定Hertz-damp模型的碰撞刚度时,可以显著提升其碰撞模拟精确度。

轿车侧面碰撞乘员舱分区刚度优化与匹配研究

针对国内自主品牌轿车在侧碰中常出现车身侧面侵入量较大,导致侧面安全得分较低的现状,对轿车乘员舱刚度的优化与匹配进行了研究。将车身侧面碰撞区域划分为6个分区;通过整车侧面碰撞仿真,并结合正交优化得到了借助改变材料厚度和选用屈服强度高的材料来提高轿车侧面结构抗撞性的方案组合、各分区刚度的匹配和分区刚度与乘员伤害指标的关系。结果表明:整车侧面碰撞6个分区的刚度可明显分为高、低两组,各组的刚度曲线均呈"山峰"状,且组内和组间的刚度都存在一定的关系;优化方案对侧面结构抗撞性的改善最终体现为各刚度曲线同步上升,最后推算出了"峰值"刚度与乘员胸部得分之间的关系。

船桥碰撞时船艏的刚度简化模型

研究撞击力和船艏的撞深关系,取船体惯性力为船撞的等效静力荷载,对船撞刚性墙进行拟静力分析。以5 000DWT船舶作为研究对象,通过ANSYS有限元分析,得到船舶在1.0～6.0 m/s初速度范围内,与刚性墙正向撞击的撞击力-撞深曲线。根据对曲线的数据拟合,建立了船艏的分段刚度模型,并给出了船撞静刚度与动刚度之间的比例关系,为后续船桥碰撞的撞击力研究提供基础。分析结果表明,提出的船艏刚度简化模型可用于适合工程上应用的船桥碰撞质量-弹簧体系的动力分析。

基于不同形式和刚度撞击船艏的舷侧结构碰撞性能研究

为了研究撞击船艏形状及刚度对碰撞历程损伤变形产生的影响,利用数值仿真软件MSC/Dytran,对不同形式及刚度的球艏型船艏撞击下被撞船舷侧结构的碰撞性能进行了定量的分析研究.结果表明:船艏形式及刚度对船舶碰撞安全性会产生影响,撞击船艏部与被撞船舷侧的接触面积越大,舷侧结构吸能越多,其碰撞安全性也就越好.考虑实际船艏结构刚度的影响可以提高极限撞深,从而增加舷侧各构件的吸能效果,对舷侧结构的碰撞安全性有利.

撞击船艏刚度对船体结构碰撞性能影响

针对将撞击船艏简化成刚性会影响计算结果问题,利用非线性有限元动态分析软件MSC.Dytran对一艘散货船垂直撞击双壳油轮场景进行计算。比较实际柔性船艏与简化刚性船艏撞击下碰撞性能区别,重点讨论撞击船艏部刚度对被撞舷侧碰撞性能影响。所得船艏刚度对舷侧碰撞性能影响规律表明,改进撞击船艏部结构可有效提高船舶碰撞安全性。

机器人倾倒碰撞动力学建模与不同刚度下碰撞响应

为了确定刚度对柔性臂倾倒碰撞力的影响,基于混合坐标法建立柔性臂运动学模型,利用假设模态法对柔性变形解耦,基于Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触碰撞力模型,利用Lagrange方程建立了含碰撞的动力学方程。编写了变步长变精度的四阶Runge-Kutta数值求解算法。对不同刚度下柔性臂的碰撞响应进行仿真,得到了接触力、关节转角、角速度和弹性变形曲线。对比可得,随着抗弯刚度增大,接触力变大且峰值出现的相位提前,且碰撞后柔性臂关节转角变小,弹性变形和角速度的振动都减小;材质结构阻尼对弹性振动变形有明显的抑制。该文所建模型和求解方法有效。

正面碰撞试验中坐垫刚度均匀性对乘员伤害影响研究

为提高汽车座椅坐垫的安全性,对坐垫刚度前后一致和前高后低的两款座椅进行了台车试验研究,结果表明,坐垫刚度前高后低将会造成乘员骨盆发生"二次碰撞",导致乘员的胸部加速度幅值和压缩变形量增高,颈部张力增大,同时带来安全气囊触底风险,最终造成乘员上半身的伤害相应加重。因此在选配座椅时,应尽可能选择坐垫前、后刚度接近的座椅。

十字隔板相对刚度对舷侧结构碰撞性能的影响

双层舷侧内外壁板之间十字隔板相对刚度对船体舷侧结构的碰撞性能影响很大.通过对船舶碰撞动力学特性的分析,合理地简化了计算模型,并引入了相对刚度的概念,采用改变十字隔板厚度来改变结构相对刚度的办法,进行了系列仿真试验.结果发现,十字隔板相对刚度会限制舷侧结构变形损伤模式,以至于显著地影响到整个舷侧结构的损伤变形、碰撞力及能量的吸收与转换,尤其是最为关键的舷侧内板的损伤与之关系密切.通过合理地调整十字隔板的相对刚度,在一定程度上可以实现对舷侧结构碰撞性能的优化设计,为船舶舷侧耐撞性设计提供依据.

碰撞刚度系数及其在交通事故分析中的作用

在介绍了碰撞刚度系数概念的基础上，首次用实车碰撞试验数据导出了我国汽车的刚度系数，并用实际发生的交通事故对刚度系数的精度进行了验证．证明通过碰撞试验所获得的刚度系数应用于对交通事故的分析中是可行的．提出了应将“如何用有限的刚度系数来推算各种事故中车速的变化量”作为今后研究的重点的观点．

基础隔震建筑简化软碰撞保护与变刚度保护的对比分析

基础隔震建筑通过设置隔震支座来保护上部结构不受损坏,但在长周期或强烈地面运动作用下会使隔震支座变形过大而导致隔震支座失稳破坏。在这种情况下,需增设保护装置作为第二道防线,以减小隔震层的变形,使之限制在允许的范围内,同时上部结构层间剪力不明显增大。本文主要对比分析了两种保护措施:①简化后的软碰撞保护;②变刚度保护。通过对其原理、力学模型以及工程实例的研究,选取了恰当的参数并进行了地震反应分析。

正面碰撞试验用50%假人胸部刚度研究

通过对50%假人胸部标定试验的研究,指出假人胸部可看作弹性结构,在指定的条件下,具有特定的刚度。通过对胸部在不同安全带作用下的刚度表现进一步研究,指出普通安全带作用下胸部刚度为300N/mm,预紧限力式安全带作用下胸部刚度为200N/mm。

汽车侧面碰撞中车门内部缓冲泡沫刚度的匹配

基于modeFRONTIER和MADYMO 2种优化软件,以汽车侧面碰撞时驾驶员胸部伤害指标最小、盆骨侧向加速度控制在合理范围内为优化目标,建立汽车内饰结构和缓冲泡沫的仿真模型,对汽车驾驶员侧车门内部侧面缓冲泡沫的刚度匹配进行优化。优化结果显示:合理匹配该缓冲泡沫的刚度,可以明显减小汽车侧面碰撞对驾驶员的伤害。

正面偏置碰撞中座椅刚度低对假人小腿伤害的影响

为研究汽车座椅刚度对假人运动姿态、假人小腿伤害的影响,对某款左舵车正面偏置碰撞试验的数据和录像进行了分析,发现在碰撞过程中,当座椅刚度低导致假人产生下潜趋势时,将增加假人脚掌发生侧翻(内翻或外翻)的可能性,致使假人小腿下部TI值失分。结合该车座椅的台车试验结果,对座椅轨道结构和材料进行了优化。结果表明,提高座椅刚度后假人下潜趋势消失,假人脚掌不再发生侧翻,假人小腿下部的TI值降低了26%,达到标准要求。

一种侧面碰撞用蜂窝铝壁障性能开发与验证

以SUV车型为研究对象,开展了中国特征侧面壁障开发。通过对典型SUV车型特征进行参数提取,定义蜂窝铝壁障及台车的开发目标,运用特雷斯卡(Tresca)理论模型指导壁障材料选型与台车部件规格确定。通过壁障台车动态测力墙试验对蜂窝铝壁障的性能进行了改进与验证。结果表明:改进后壁障变形模式稳定,力学性能满足设计规范,能够表征SUV车型的外观和刚度特征。

正面碰撞中汽车座椅座垫刚度对人体伤害的影响

针对汽车座椅坐垫刚度的研究,可以有效改善汽车在碰撞事故中的被动安全性能,在保证乘员约束体系有效性方面具有十分重要的意义。文中基于乘员伤害评价理论,运用MADYMO软件建立驾驶室模型,并根据某车型设置参数后进行仿真分析,得出伤害值,从而分析正面碰撞中坐垫刚度对人体危害的影响。