负高斯曲率曲面薄壁管吸能特性研究

为设计出具备优良吸能特性的薄壁结构,提出一种新型负高斯曲率曲面圆形横截面薄壁管(negative Gaussian curvature surface circular tube, NGC-C)。利用经验证的有限元分析方法对其进行轴向动态冲击模拟,提取各项性能指标,借助复杂比例评估法(complex proportion assessment, COPRAS)将其与传统薄壁吸能结构进行了综合性能对比。采用拉丁超立方抽样法从设计空间中提取样本点并获取各样本点对应性能响应值,建立代理模型。基于该代理模型,借助改进非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ)对其进行了多目标优化设计。结果表明:NGC-C综合性能优于传统薄壁吸能结构,经优化后比吸能提高了16.47%,有效压溃长度降低了12.40%,质量减少了20.18%。将负高斯曲率曲面形态引入薄壁管构型,能够提高薄壁管的耐撞性和轴向抗变形能力。     

水平微细圆管内膜状凝结换热特性的研究

实验研究了微细圆管内凝结换热特性,实验中采用四种不锈钢管,其内径范围为289-997μm。基于实验结果, 分析了换热温差、蒸汽进口雷诺数Rein和管径对管内膜状凝结换热系数的影响,发现温差对管内膜状凝结换热的影响很小, Nu随蒸汽进口雷诺数Rein增加而增大,随管径减小而降低,而对流换热系数随管径减小而显著增大。     

基于塑性铰理论的车身概念设计正碰分析与优化方法

在概念设计阶段,车身碰撞安全性能评价是一个难点问题,需要详细的结构模型,本文基于塑性铰理论提出采用梁单元简化模型对框架车身进行概念设计阶段的耐撞性评估和优化设计方法。首先,介绍了关于箱型截面薄壁梁弯曲特性研究的理论模型与计算过程,接着赋予梁单元塑性铰的特性,模拟薄壁梁变形,再对框架车身进行了碰撞仿真。将仿真结果与详细模型对比,以分析简化模型的精度及可靠性。最后,以此为基础对框架车身进行耐撞性优化。结果表明,该简化模型易于创建,且有较高的精度,可用于概念设计阶段梁结构的设计工作。     

面向变厚度柔性轧制工艺的帽型梁横向冲击吸能优化设计

作为汽车主要吸能构件的帽型梁的吸能提升设计是备受关注的问题.研究表明,通过优化薄壁结构的厚度可有效提升吸能性能,但复杂的厚度分布造成制造困难.针对可实现厚度调控的工艺,发展易制造的结构设计方法极为必要.本文基于变厚度柔性轧制工艺(variable gauge rolling, VGR)可实现厚度调控的特点,发展建立帽型梁横向冲击吸能优化设计方法.基于变厚度柔性轧制工艺生产的柔性轧制板(tailor rolled blanks, TRB)的特点,将受横向冲击的帽型薄壁梁设计成沿轴线分段变厚度、分段间设梯度过渡段的结构形式,通过调整各段厚度、分段位置和过渡层梯度变化规律,实现性能的优化.以应变能密度分布均匀为优化准则、基于混合元胞自动机(hybird cellular automata, HCA)方法构建优化模型和求解方法,并在迭代过程中施加满足轧制约束的过滤函数,使结构满足轧制工艺要求.其中,轧制约束的过滤函数由粒子群算法自动寻找.基于本文方法,具体设计了柔性轧制帽型梁横向冲击吸能最优的分段位置、各段厚度及过渡段厚度的梯度过渡方式,设计结果验证了方法的有效性.      

薄壁件加工系统动态响应分析

薄壁件在铣削加工中容易产生共振或变形,直接影响加工稳定性及加工精度。采用主轴-刀具-工件整体铣削系统连续梁模型,系统研究在动态铣削力作用下,刀具端部与工件端部的动态响应之间的相互影响关系以及对整体系统动态响应影响较大的薄壁件尺寸。结果表明,工件横截面高度对系统共振的影响较为明显,当高度尺寸较小时,工件的低频共振会通过动态铣削力直接反映到刀具端部的振动频响上。工件横截面底边宽度尺寸的增大虽然对共振频率的改变不太明显,但会导致激发出来的刀具共振幅度出现明显降低。研究成果可以为薄壁件铣削加工系统的稳定性控制提供理论基础。     

薄壁结构研究最新进展

 扼要阐述第四届国际薄壁结构学术会议(ICTWS-4)上各国学者在薄壁 结构研究中所取得的一些进展情况，以供我国有关研究人员参考.     

变截面双帽箱型横截面点焊薄壁构件的扭转问题

提出沿构件长度方向截面尺寸发生缓慢变化时双帽箱型横截面点焊薄壁构件扭转特性的分析方法,并利用此方法讨论了变截面等焊点间隔构件和变截面非等焊点间隔构件的翘曲扭转问题并得到如下结论:①变截面构件长度越长,扭转刚度越小,其刚度下降率与等截面构件几乎相等;②采用变截面构件,不仅保持一定刚度,还可以减少焊点数目,降低焊接成本;③若右半部分的焊点间隔p2对左半部分的焊点间隔p1的变化范围小于25%,则其传递剪力变化不大。仿真结果与实验值以及利用cosmos/m而得到的数值解相比较吻合得较好,完全满足工程精度要求。此研究为解决实际车体结构的设计问题,具有有益的参考价值。     

铝合金矩形薄壁梁压溃实验及理论与数值分析

平均压溃力反映乘用车纵梁在碰撞过程中吸收能量的能力,而矩形薄壁梁具有较高的溃缩吸能比,被广泛应用于纵梁的结构设计。本文通过轴向压溃实验研究了矩形薄壁梁的压溃性能,采用非对称超折叠单元理论对矩形薄壁梁平均压溃力进行公式推导,之后对矩形薄壁梁进行有限元压溃数值模拟,得到矩形薄壁梁平均压溃力的实验值、理论值及模拟值。通过对结果的比较可以得出,平均压溃力的理论结果和数值计算结果均与实验测得的结果吻合,这为矩形薄壁梁前期的结构设计提供了有效的理论指导。     

采用微分求积法分析薄板的气动弹性响应

为减轻结构重量，新一代飞行器的结构设计中更多地采用了薄壁结构，在超音速或超高音速飞行条件下，薄板的气动弹性响应相当剧烈。分析薄板的气动弹性响应方法主要有两类：第一类为经典的伽辽金方法；第二类为有限元方法。受薄板形状和边界条件的限制，伽辽金方法能够研究的问题是非常有限的，有限元方法虽然具有普适性，但本质上属于数值方法，其计算精度和收敛性必将受所选单元类型以及数值计算误差的影响。在薄板的气动弹性分析领域，文中采用一种全新的方法，即微分求积方法。