基于Hertz模型的海洋立管束碰撞力计算方法研究

立管是海洋油气开采的关键设备之一,其在流致振动作用下,相邻立管可能会发生振动碰撞损伤。基于Hertz模型,针对不同夹角下的两根立管碰撞的碰撞力计算开展研究。借助有限元方法探讨海洋立管局部碰撞过程,立管的直径选取为工程应用较为广泛的30.48 cm,截取长度基于相关碰撞参与长度来确定,径厚比范围为16~60,分别设置立管碰撞时的速度为0.25 m/s、1.5 m/s、2.4 m/s和3 m/s,分析两根立管夹角和立管径厚比等对于Hertz模型计算精度的影响。研究发现:两根立管夹角越小和径厚比越小,Hertz模型得到的碰撞力误差越大;通过在Hertz模型中添加与径厚比相关的系数,对Hertz模型进行了修正,最终得到了关于立管束碰撞力的精确计算方法。

基于GISSMO损伤模型的高强度钢碰撞失效行为研究

为了研究不同失效模型对碰撞仿真结果的影响,以期准确描述材料的失效行为。以船用高强度钢EH36为研究对象,设计2个温度下不同应力状态的材料拉伸试验,得到其不同温度下的力学性能、载荷和位移数据,将试验结果与拉伸仿真联合,反求出广义增量应力状态依赖损伤模型(GISSMO)的参数;构建冰体与船体板架的碰撞仿真,对比不考虑失效,考虑V-M失效准则以及GISSMO损伤模型的仿真结果。结果表明,考虑GISSMO损伤模型相比于V-M失效准则,碰撞力峰值和板架吸能情况都有所减小。由于GISSMO损伤模型考虑了不同应力三轴度对材料失效的影响,所获得的损伤形态更接近于真实情况,因此GISSMO损伤模型能较好预测EH36钢材的变形及失效行为。

基于改进Event模型的通用航空器碰撞风险分析

随着通用航空的发展,空中交通流量将持续扩大,航空器碰撞风险增加。对Event模型进行改进,将拼接四棱锥碰撞盒代替原长方体碰撞盒,曲面间隔层代替平面间隔层,建立通用航空器碰撞风险模型。最后将塞斯纳172及运5B通用航空器作为实例对所建模型进行验证,结果表明,在两组均采用广义帕累托分布的条件下,改进后Event模型碰撞风险值分别为改进前的31.65%、14.98%,碰撞风险值较改进前大大减少,结果精度更高,能更好地评估交叉航路碰撞风险。

基于《汽车正面碰撞的乘员保护》的某轻卡碰撞CAE模型对标探索与实践

文章旨在探讨基于《汽车正面碰撞的乘员保护》的某轻卡碰撞CAE模型的建立与修正。通过对该标准的详细解读和分析,结合实际案例,本研究建立了一套适用于某轻卡碰撞仿真的整车CAE模型及分析方法。经整车实物碰撞验证和比对,B柱加速度曲线相似度高达96.5%,加速度曲线峰值时刻基本吻合、试验峰值优于CAE峰值20g,驾驶室门框变形量差异小于20mm,证明该CAE模型在预测碰撞情况和评估车辆安全性能方面具有较高的准确性和可靠性。本研究的成果为轻卡碰撞仿真提供了一种新的方法和视角,对于提升轻卡碰撞安全性能具有重要指导意义和实践价值。

非球形颗粒碰撞壁面反弹特性的试验及模型

气固分离过程中,颗粒碰撞壁面的反弹行为对颗粒运动及装置的分离效率将产生重要影响。已有研究多针对球形颗粒的碰撞行为,然而实际工业过程中,煤粉、生物质、矿石等颗粒均为非球形颗粒,该类颗粒与壁面碰撞后的反弹行为与球形颗粒存在显著差异。为深入掌握非球形颗粒碰撞壁面的反弹行为,搭建了颗粒壁面碰撞试验装置,采用高速摄像及图像处理方法获得典型非球形颗粒碰撞壁面的基础数据,分析颗粒材质、球形度、壁面粗糙度、撞击角度、撞击速度等关键参数对颗粒-壁面反弹行为的影响。基于颗粒壁面碰撞四参数模型和神经网络模型分别预测了非球形颗粒与壁面的反弹行为的统计和随机分布特性。结果表明各类非球形颗粒与粗糙壁面碰撞的反弹行为存在一致性,说明球形度低于一定数值后,将成为颗粒壁面碰撞反弹行为的主导因素。四参数模型能很好地预测碰撞结果及随机分布特征,而基于试验数据训练的神经网络模型可达到更好的预测效果。

基于工作面地质模型自适应开采的碰撞检测方法研究

由于综采工作面生产过程中粉尘、水雾导致摄像头视频模糊,通过视频无法常态化实现采煤机和液压支架碰撞检测,使得智能开采技术的实用性受限,文章提出了基于综采工作面高精度地质模型自适应开采的采煤机和液压支架碰撞检测方法。基于综采工作面高精度地质模型的自适应开采系统下发采煤机规划采高数据,结合采煤机的采高传感器数据和液压支架的高度传感器数据,实时对采煤机滚筒和液压支架进行碰撞检测预警,触发预警后采煤机牵引停止,同时自适应开采系统弹出触发碰撞检测支架的视频窗口,待人工处理消警后采煤机继续自适应割煤。结果表明,该方法将综采工作面采煤机和液压支架的相对坐标与地质模型的绝对坐标建立关联,实现基于综采工作面液压支架高度传感器数据和规划的截割数据两种方式的预警,大大提高了综采工作面采煤机和液压支架碰撞检测预警的准确性。

基于碰撞模型的罚篮过程分析

罚篮是篮球比赛中重要的得分手段,分析罚篮最优出手参数能对提高命中率提供指导。本文建立了考虑重力、空气浮力、空气阻力的篮球自由飞行模型和基于恢复系数与Whittaker假定的摩擦斜碰撞模型,利用Matlab编程代入具体参数进行计算,得出了给定出手高度下罚篮总进球域和空心进球域,发现并解释了总进球域对出手速度不连续、增加出手高度有利于进球的现象,并给出最优出手角度为62.5°左右。

科学思维视域下高效习题课堂设计 ——以“碰撞模型拓展”为例

基于模型建构,培养学生的逻辑思维能力,针对高三习题课“碰撞模型拓展”进行教学设计。针对“滑块-弹簧”模型,深化对弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种特殊情况的理解,并把此方法拓展到其他较复杂模型,使问题得到简化。面对大量不同模型,让学生建立起“模型归一”的思维,尝试在普通的物理课堂中通过课程设计有意识地培养学生的科学思维,从而提高物理课堂效率。

基于模型的民航客机碰撞安全性研究

考虑民航客机多为下单翼的特性,对传统的Event模型进行改进,将原长方体碰撞盒替换为一个小长方体和2个小四棱锥的组合体,更贴近实际机身形状,减少模型冗余,并根据改进的碰撞盒推导机身侧向、纵向、垂直3个方向的碰撞风险计算公式。通过干线客机和支线客机的实例计算分析,得出改进的碰撞模型的碰撞风险值明显低于传统Event模型,最低可降低至传统模型的57%左右,平均为76%左右,且满足国际民航组织(ICAO)规定的安全目标等级,使用改进的模型做碰撞风险量化评估更加合理和精确。

数理结合在高中物理碰撞模型中的应用技巧

在高中物理教学中,碰撞模型是一个富有挑战性的课题,它不仅要求学生掌握基本的物理原理,还要求他们能够将这些原理应用于复杂的动态系统中.本文针对高中物理碰撞模型的教学难点,探讨总结规律的技巧,深入解析弹性碰撞模型与相对运动问题、动量守恒定律、牛顿第二定律的综合应用,以及数理结合处理问题的能力.

基于物联网与几何模型的起重机械防碰撞技术研究

目前,起重机械防碰撞技术主要通过激光或红外传感器测量距离实现。由于起重机械金属结构复杂,多台起重机协同工作时导致更加复杂的空间干涉问题,激光或红外传感器很难全方位实现起重机防碰撞功能。文中利用编码器获取起重机各个机构的实时位置,将位置信息通过网络实时传递给计算机几何模型,采用WebGL技术实现几何模型与实物实时同步,同时进行干涉计算,当距离小于预警值时给予报警信号或控制信号,实现了起重机械全方位防碰撞。

现象本质,模型微探——浅谈“滑块—光滑曲面”类碰撞模型的物理内涵与方法应用

“滑块—光滑曲面”类碰撞模型是课本碰撞知识的延伸,是高中物理动量部分的重要内容,也是高考考查动量和能量的主要方式,其重点在于考查动量与能量的灵活运用,并且涵盖“类弹性碰撞”“类完全非弹性碰撞”与“人船模型”等子模型,综合性强.“滑块—光滑曲面”模型本质是在水平方向上动量守恒的基础上分析动能和势能相互转化的过程.这类题型涉及知识点多,解题技巧性强,是一种经典模型,学生通过理解模型与强化性练习,能够更好地掌握该类题型.

空间机械臂碰撞过程的模糊无模型自适应振动控制

空间机械臂在执行操作任务时会面临碰撞问题,例如主动捕获或被动碰撞均会引起机械臂瞬时动量急剧变化,机械臂杆弹性振动加剧,轨迹跟踪精度降低,甚至会导致空间机械臂系统失稳。空间机械臂是一种非线性、强耦合的复杂系统,尤其是对于碰撞过程,很难实现系统精确建模。为实现对空间机械臂碰撞过程的振动抑制,提出了模糊策略与无模型自适应控制相结合的模糊-无模型自适应控制(fuzzy model-free adaptive control,Fuzzy-MFAC)方法。基于臂杆振动位移响应和关节角速度误差设计模糊策略,对无模型自适应控制中步长因子与权重因子进行在线自整定,解决传统无模型自适应控制对于参数初值敏感的局限性,实现了对空间机械臂碰撞过程中的振动自适应控制。仿真试验结果表明,Fuzzy-MFAC方法相较于传统无模型自适应控制算法振动响应衰减速度提高了34%,振动幅值降低了42%,验证了该方法的有效性。

材料应变率模型对汽车B柱侧面碰撞影响分析

B柱侧碰过程是短时高速的材料吸能过程,材料的性能与静态时差异较大,因此采用静态性能参数进行B柱侧面碰撞仿真分析结果误差较大。针对B柱常用的相变诱发塑性钢(TRIP钢)进行不同应变速率下的力学拉伸试验,提取主要的性能参数,获取参数随应变速率的变化规律;对比材料的力学性能和成形性的变化趋势;基于Johnson-Cook简化模型,获取材料的应变速率敏感因素和应变率相关的材料本构模型,作为碰撞仿真分析的材料输入;与实际测试对标,建立B柱侧碰分析的仿真模型,将传统静态数据外延获取的本构模型与应变速率相关的本构模型作为输入,对比两种材料模型分析结果的差异,并与试验测试结果进行对比分析。结果可知:TRIP690的强度和断后延伸率受应变速率影响较大;基于修正Hollomon方程,材料的瞬时加工硬化基本不受应变速率变化的影响;基于Johnson-Cook模型,获取材料的应变速率敏感性参数为0.00805,数值偏低,表现出此种材料对应变速率变化敏感性比较差;材料应变速率相关本构模型可有效提升B柱侧碰分析结果的准确性,与试验结果的分析误差控制在3%以内;而采用静态特性参数外延的分析结果误差则超过9%。研究内容和结果为此类研究提供参考。

从LS-DYNA到PAM-CRASH的模型转换及侧面碰撞仿真

研究了有限元模型从LS-DYNA向PAM-CRASH的转换方法,利用该方法成功实现了某轿车整车模型的转换。在转换模型的基础上,通过加入车门内饰、假人和移动障碍壁模型,建立了完整的整车侧面碰撞模型。将仿真计算结果和整车试验测试数据进行比较,验证了模型的有效性。

基于内聚力模型的飞机风挡与无人机碰撞仿真及试验验证

为有效支持无人机撞击飞机仿真分析,降低试验研究成本,开展无人机与某型运输类飞机风挡碰撞试验及有限元仿真方法研究。研究建立符合实际尺寸和曲面构型的风挡和无人机的建模方法;考虑到碰撞后风挡玻璃的裂纹萌生和扩展的不可预测性和复杂性,通过Python二次开发在风挡模型中玻璃单元间及玻璃层与胶层间嵌入零厚度内聚力单元,研究给出基于固有内聚力的风挡玻璃有限元模型。研究发现,对应工况的仿真结果与试验结果基本一致,证明内聚力模型应用在该仿真中的有效性。同时相对于常规的单元删除法,基于内聚力模型的仿真结果更加接近试验结果,证明所建立方法的精度更高。

基于改进Event模型的交叉航路碰撞风险分析

随着空中交通流量不断增加,降低因流量增大而引起的空中交通碰撞风险至关重要,以此来保障航空运行安全,提高空域利用率。采用改进Event模型对同高度层交叉航路碰撞风险进行评估,将更符合航空器运行特点的拼接四棱锥碰撞盒代替原长方体碰撞盒,建立碰撞风险模型。通过计算改进前后碰撞盒面积之比,得到改进的交叉航路碰撞风险公式,其中,侧向重叠概率的计算中采用广义帕累托分布表示其侧向导航误差。最后将空客A320及波音737客机作为实例对所建模型进行验证,结果表明,改进后的拼接四棱锥碰撞盒面积为原长方体碰撞盒面积的54%,碰撞风险较改进前模型大大减少。模型所得风险值满足安全目标水平,结果精度更高,能更好地评估交叉航路碰撞风险。

多簧片结构的磁保持继电器多物理场刚柔耦合仿真模型建立和实验分析

多簧片结构的磁保持继电器衔铁转动引起的触点碰撞、弹跳现象使运动过程复杂,静、动态特性理论分析和仿真模型建立困难。以某型号多簧片结构的磁保持继电器为研究对象,理论分析结构拓扑及工作机理,考虑触点间切入深度,引入狄拉克函数和赫维赛德函数,解决簧片受力分散及触点由于碰撞、弹跳引起的作用力不连续问题;将簧片等效为悬臂梁,基于欧拉-伯努利梁理论建立触簧系统三簧片分段耦合动力学模型。利用Ansys Maxwell引入基于误差的自适应网格划分方法求解电磁机构静态特性;考虑触簧系统簧片运动变形效应,通过ADAMS基于模态理论,构建刚柔耦合动力学仿真模型。基于分段动力学思想,搭建电-磁-机械运动多物理场刚柔耦合仿真模型。利用高速摄像机、电流探头等设计磁保持继电器实验方案,搭建实验平台,测试并分析磁保持继电器触点吸合运动时间、触点压力、弹跳时间、线圈电流,并分析人工装配簧片引起触点压力不同使继电器动作过程存在的不一致性问题,验证该文所提多簧片结构的磁保持继电器特性分段耦合分析方法和多物理场刚柔耦合仿真模型的有效性。

近距平行跑道立体起降安全碰撞风险模型研究

针对进场复飞航空器与离场航空器之间的碰撞风险问题,通过分析由位置误差概率所产生的两机之间的真实距离和测量距离,评价两机之间的碰撞风险程度,从3个维度分析一起一降模式时的两机碰撞风险。结合复飞场景的不利环境因素,建立关于位置误差的三维碰撞风险模型。以此探讨近距平行跑道对起飞离场和进近降落航空器之间的安全间隔值的影响,具有重要的实际意义和理论意义。

面向汽车安全的中国体征50^(th)百分位男性乘员生物力学模型开发及验证

汽车安全领域的智能化和数字化发展都急需能代表真实人体特征的生物力学计算模型。本文以最新中国成年人人体尺寸标准为依据,开发具有自主知识产权的50^(th)百分位中国男性体征汽车乘员生物力学模型(TUST IBMs M50-O)。通过重构3组正面钝性冲击、5组侧面钝性冲击和3组整人滑车尸体及志愿者试验,模拟C-NCAP可变形移动壁障侧面碰撞试验,多角度、全方位验证所开发模型的有效性及应用价值。结果表明:11组重构试验数据均在相应的尸体及志愿者试验通道内,平均差异在10%左右,验证了模型的有效性。TUST IBMs M50-O与WorldSID 50^(th)假人模型在侧面碰撞中的运动趋势相同,但TUST IBMs M50-O模型上肢对胸部的挤压,使得胸椎T4和T12质心合成加速度峰值达到43.5g和47.3g,高于WorldSID 50th模型峰值38.5g和41.2g。同时,TUST IBMs M50-O模型也从应力应变角度评估人体组织层面的损伤风险。综上,TUST IBMs M50-O模型展现了类似真实人体的高生物逼真度,可用于组织层面的损伤机理研究,也可为智能汽车安全防护装置及智能高端装备领域产品研发、汽车虚拟测评提供可靠的计算工具和技术支撑。