汽车车身耐撞框架结构设计研究

为求解车身耐撞框架结构非线性耐撞拓扑优化问题,提出了基于能量控制混合元胞自动机的拓扑优化方法。首先运用LS-DYNA显式有限元算法,以混合元胞自动机作为优化计算模型,根据比例局部控制规律确定设计变量中的局部改变,同时在拓扑结构中划分柔性区域和刚性区域并赋予其不同的设计尺寸和质量分数约束,增加能量控制约束及最优约束条件选取。然后通过单工况和多工况连续体拓扑优化说明该方法的可行性和准确性。最后,将方法用于汽车前保险横梁的设计,耐撞性能得到明显提高,说明该方法具有很好的工程实用价值。

基于Lanczos算法的模态重分析法及其在车身结构设计中的应用

模态重分析是指在结构修改之后不需要重新求解广义特征值方程,仅需要根据初始计算结果对修改后的问题进行求解,并能够在保证精度的前提下,提高计算速度。随着结构复杂度和修正量的增加,传统重分析方法的求解精度和稳定性随之下降。为此,利用初始结构模态分析结果,结合Lanczos算法和投影技术,采用缩减基方法求解修改结构的特征值和特征向量,使其同时具备了Lanczos向量快速收敛的优点和基于全局近似的缩减基向量的高精度。为了验证该方法的性能和准确性,对本文方法基于扩展基向量和瑞利-里兹分析的模态重分析法以及改进的单步摄动瑞利商逆迭代法进行了测试。测试结果表明,该方法具有最高的计算精度。同时,将该方法成功用于车架和车门的前期设计中,计算结果表明,该方法具备处理计算规模大、拓扑修改变化量大的结构分析问题的潜力。

汽车座椅安全带固定点强度设计

为设计符合新法规要求的三点式中排座椅安全带,以某款汽车为对象,建立了白车身、座椅骨架及上、下人体模块的有限元模型。对座椅骨架进行了灵敏度分析和轻量化设计,对安全带固定点进行了强度分析。实验结果表明:安全带固定点强度满足法规要求。

烟支吸附装置流场分析与优化设计

目的针对烟支传递与包装平稳性差的缺点,采用计算流体动力学(CFD)方法对烟支吸附通道内部流场进行三维数值分析。方法研究关键部位流动特性,分析流速、压力分布及湍流耗散,提出结构改进方案。结果流场压力和流速在烟支吸附口与风机连接位置分布不合理,拐角处湍流动能高,烟支吸附口至风机位置压力损失为5268 Pa。风机管道存在逆压梯度,产生气流漩涡,压力损失值为14000 Pa,高于工业需求。优化模型中,风机管道包含2个拐角时,压力损失降低了7000 Pa,烟支吸附效果提升了350%。风机管道包含一个拐角时,压力损失降低了6200 Pa,烟支吸附效果提升了390%,通道流场分布合理性得到改善。结论基于仿真结果,优化风机与出风口管道连接方式,通过流场分析可为烟支吸附装置的优化设计提供一定技术支持。

演示验证平台铰接连接器刚度优化设计

连接器是多模块浮动平台的关键部件之一。合理的连接器刚度配比有助于提高平台的安全性和稳定性。本文采用一种优化方法对南海部署的两模块半潜式浮动平台铰接连接器开展刚度配比优化研究。考虑连接器载荷、模块运动响应等评价指标,通过线性加权和法构建评估函数,并运用遗传算法优化计算了不同赋权方案下连接器刚度配比。根据不同工程需要,针对演示验证平台连接器建议采用两种刚度配比方案。在设计阶段,通过采用有限元方法对演示验证平台铰接连接器开展结构刚度分析,进一步验证了基于最优刚度配比方案设计的铰接连接器刚度设计的合理性。

改进RRT在汽车避障局部路径规划中的应用

根据传统快速搜索随机树算法(rapidly random-exploring trees,简称RRT)搜索速度快、所需时间短,但随机性大以及约束不足等特点,建立了直道和弯道的期望路径模型,采用高斯分布描述随机采样点,并引入启发式搜索机制,改进RRT算法.与原算法仿真对比,结果表明:改进算法所规划的路径质量显著提高,规划时间缩短一倍.同时,在Prescan软件中搭建直道和弯道仿真场景,跟随规划路径,结果表明:改进后RRT算法所得路径具有很好的跟随效果,且侧向加速度在车辆稳定性要求范围内,说明采用改进后的RRT算法进行汽车局部路径规划可行实用.

空投设备缓冲气囊的优化设计

利用LS-DYNA对缓冲空投设备的气囊进行仿真计算,模拟其缓冲过程。同时利用遗传算法对气囊的排气孔面积、初始充气压力和排气压力进行优化。优化后的结果对空投实验具有很好的指导意义,可以减少气囊设计实验次数从而降低实验的成本。

基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青炭纤维力学和导热性能

基于工程化设备,在恒定挤出量条件下,通过调控纺丝温度制备了中间相沥青炭纤维(MPCFs),探究纺丝温度对MPCFs微观结构、力学和导热性能的影响。结果表明:随着纺丝温度由309升高至320℃,MPCFs的微观结构由石墨片层细小的褶皱劈裂辐射状结构逐步向石墨片层粗大的劈裂辐射状结构转变,拉伸强度由2.16增大到3.23 GPa,热导率由704升高到1078 W·m^(−1)·K^(−1)。这主要是因为纺丝温度越高,沥青熔体黏度越小,喷丝口处挤出胀大效应越弱,沥青熔体在喷丝孔流道内形成的微晶取向得以保持,以此制备的炭纤维具有更大的晶体尺寸和更高的微晶取向。

焊接顺序对6061-T6铝合金汽车结构件焊接残余应力及变形的影响（英文）

采用ABAQUS软件中的非线性弹塑性有限元方法,对6061-T6铝合金汽车保险杠进行4种不同的双脉冲MIG焊接顺序试验。在4种焊接顺序下焊接后的残余应力和变形均有明显差异。结果表明,在方案A中,最高温度高于基体金属的熔点约200°C。这种大的温度梯度导致较高残余应力,且残余应力主要集中在横梁与吸能盒的焊缝附近。焊接变形主要是由于横梁两端的收缩和吸能盒的自收缩。与其他焊接顺序相比,方案A中残余应力最小,焊接变形最大。然而,由于方案B有效地降低了残余应力和满足良好的装配要求,因此,方案B是本研究得到的最优焊接方案。

基于数值仿真的铝合金大型薄壁件的浇注系统设计

采用有限元模拟技术,对不同浇注方式下A356铝合金大型薄壁件的充型和凝固过程进行仿真,预测了不同浇注方式下薄壁件可能出现缺陷的位置,对比分析了各种浇注系统的优缺点。结果表明,雨淋式浇注系统有利于铝合金大型薄壁件的充型,其充型过程平稳,凝固有序,卷气、缩孔、缩松现象较少。选用雨淋式浇注系统,获得尺寸为1272mm×506mm×4.7mm的汽车前盖板合格铸件。

基于响应面法的汽车吸能部件优化问题研究

对汽车的前纵梁中不同构件板厚的优化,将其总体重量控制在一定范围内的前提下,对其吸能效果以及最大加速度进行优化。对于目前国际上流行的遗传算法,神经网络算法等优化手段求解问题收敛性是建立在对正问题多次迭代求解的基础上,导致其计算量庞大。为了打破这个瓶颈,建立了基于调整权函数策略的移动最小二乘法的响应面方法,通过均匀拉丁方试验设计方法,选择了适当的设计参数样本,快速建立了精确的多维响应面模型,并采用Pareto遗传算法对该模型进行了多目标优化,得到了较好的结果。

基于数值模拟的铝合金薄壁件金属型低压铸造工艺设计

以A356铝合金为研究对象,基于数值模拟方法使用商业铸造软件ProCAST设计了薄壁件金属型低压铸造工艺,并针对铸件表面缺陷进行分析,提出了工艺改进方案,铸造出了截面呈L型,尺寸为长300mm、宽100mm、壁厚1.5mm的完整铸件,铸件表面质量好,无缩松等铸造缺陷。

基于生物力学的踏板人机工程设计研究

基于生物力学分析,研究了踏板设计参数对踏板操作时下肢肌肉疲劳的影响。定义了4个设计因子:座椅高度、踏板行程、踏板行程倾角和踏板高度,进行中心复合试验设计。应用生物力学软件Any Body对25组试验进行了仿真分析,通过对仿真结果的回归分析得出各设计因子的影响权重,并分析了每个因子对不同百分位人体最大肌肉活动度的影响,给出设计因子的推荐取值范围。该方法建立了踏板的工程设计与驾驶员踏板操作舒适性的联系,为汽车踏板的人机工程参数化设计提供依据。

汽车天窗开槽扰流器的降噪机理试验研究

开槽扰流器能有效地降低汽车天窗开启的风振噪声.为了更好地理解其降噪机理,构建了开槽扰流器和平直扰流器风洞试验平台,通过风洞试验来调查扰流器有无开槽对其后方壁面压力场的影响.试验结果表明,相比于平直扰流器,扰流器的开槽能够将流动再附着点提前,减少了气流的再循环区域,开槽扰流器下游流动存在初始的展向相位差,降低了壁面压力展向上的相干性,导致壁面压力在展向上具有较大的衰退性.因此开槽扰流器,对下游流动的扰动效果非常明显,能够弱化对乘员舱的激励.

基于数值模拟的铝合金汽车发动机罩板浇注系统优化研究

大型薄壁件在压铸的过程中容易出现冷隔、气孔、充型困难等缺陷。基于数值模拟,采用ADC12铝合金针对国内某款汽车的发动机罩板开展压铸研究。在研究中通过CAD软件(Unigraphics NX)设计了罩板的浇注系统,并通过铸造仿真软件(ProCAST)研究了不同浇注系统的充型性能,最终确定了适合汽车前罩板顺序凝固的浇注系统。

基于行为分析的叉车驾驶室造型设计研究

目的现有的车辆人机分析过程,多以车辆本体为研究对象,驾驶员被动匹配,忽略了以用户为中心的设计原则。基于驾驶员主动驾驶行为的研究,可以系统地进行人机工程学分析,为叉车驾驶室造型设计提供有效的指导。方法首先分析驾驶员行为与叉车造型的映射关系,通过任务分析法和动素分析法,研究叉车驾驶员的上车行为与驾驶行为,提取关键动作及序列;依据ECRS原则进行行为优化,关联归纳现有叉车造型存在的问题,为创新设计提供目标方向。结果依据分析结果对叉车驾驶室进行了创新方案的设计,并通过Proe软件的Manikin模块,验证了创新设计方案的可用性。结论最后总结出了基于驾驶行为分析的工程车辆驾驶室的造型设计流程,为现有工程车辆驾驶室的造型设计提供了系统性指导。

面向焊点质量检测的白车身关键性能分析

白车身焊点质量检测应用最为广泛的是超声波检测,传统超声波焊点检测效率较低,同时所检焊点选取仅凭路试和经验确定,耗时较长,并且缺乏相应的理论选定方法。针对某一车型,提出选取关键焊点区域的方法,对传统检测方法进行优化,并且阐述了焊点关键区域选取的具体思路。通过CAE工具,对车身性能进行了强度、碰撞性能分析,选取车身高应力和碰撞过程中高吸能区域进行焊点检测,满足了车身关键性能同时减少了待检焊点个数。

箱体件消失模铸造工艺设计

准确的边界条件设置是保证数值模拟精度的必要条件,首先确定合适的边界条件,再结合计算机模拟技术对箱体零件消失模铸造工艺进行分析,最后对比实验与计算机仿真结果验证了建立的有限元模型的准确性。依据模拟分析讨论的结果做了相应的消失模铸造实验,成功地制备出了充型完整的铸件,同时铸件表面品质好,尺寸完整,无缩松和粘砂等铸造缺陷。

汽车风振噪声的空气射流结构优化

风振噪声的控制研究目前是汽车领域的研究热点与重点之一。通过数值模拟分析研究了空气射流方法对风振噪声的抑制效果。运用大涡模拟(LES),引入更加准确有效的声品质评价参数,分别对天窗和右后窗的空气射流结构进行优化分析,得到了最优结构参数结果。仿真结果表明,空气射流结构对风振噪声的抑制效果显著。

基于操作者行为动线的砌墙机设计优化研究

目的通过研究操作者空间及操作二维行为动线与砌墙机的人机交互关系,深入发掘操作者需求及砌墙机产品交互痛点,优化设计以提高产品使用效率及操作舒适度。方法以操作者操作砌墙机的行为为研究基础,以层次任务分析—用户旅程图—动线分析为研究路径,根据层次任务分析获取操作者操作砌墙机的交互流程,通过用户旅程图获取使用砌墙机过程中的交互痛点和情绪低点,最终通过动线获取操作者使用砌墙机过程中的痛点,并通过动线理论和ECRS原理将其消除和优化。结论研究分解了操作者使用砌墙机的操作流程,获得了操作者情感评价曲线,生成了操作者使用砌墙机的动线模型,形成了优化的设计原则指导产品造型与界面的系统性设计,为工业产品的人机交互及设计研究提供了理论指导。