摘要：冲压模具结构设计的目标是在同时考虑结构性能和模具质量的情况下,获得最优的结构构型及相应的尺寸参数。仅靠单一的拓扑优化流程很难实现这一目标。为此,本研究提出了一种模具结构拓扑—尺寸联合优化设计方法。该方法通过采用节点一一对应的载荷映射策略,避免了复杂的载荷映射计算步骤,直接将接触面的载荷分布转换为静力模型中的加载工况。通过给出的性能评价指数和相应的选择策略确定拓扑优化模型中结构性能的放松系数,使拓扑优化后模具力学性能不弱于初始设计的同时尽可能轻量化。最后,根据拓扑优化获得的最优结构构型,采用基于多代理模型的尺寸优化方法确定其对应的结构参数。该方法被成功应用于汽车结构件冲压模具的优化设计,并通过对比初始设计、拓扑优化设计和拓扑—尺寸联合优化设计的结果,验证了所提方法的有效性。

摘要：为在爆炸冲击下保护特种车辆内乘员安全,利用自建的四自由度集中参数人体模型,提出了一种两级式半主动抗冲击软着陆控制座椅概念设计。通过垂向冲击动力学仿真,验证了模型的有效性;基于磁流变阻尼器Hysteretic模型,建立了阻尼器力学模型;通过振动测试台,辨识了阻尼器力学模型相关系数;用自建的两级式半主动座椅悬架系统仿真模型,研究了抗冲击座椅的抗冲击和减振性能。结果表明:相比原有设计,本文座椅可使乘员头部加速度峰值降低42.5%;使最大有效幅值传递率下降了19.4%。从而,提高了舒适性,降低了乘员头部损伤风险,满足抗爆性能要求。

摘要：采用动力显式有限元方法,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,研究了铝合金面板—梯度铝泡沫芯体—装甲钢背板夹层结构的抗爆性能。分析了芯体密度梯度排布对结构抗爆性能的影响,并与均匀密度铝泡沫夹层板进行了对比。同时,基于径向基函数建立了夹层结构抗爆性能预测响应面模型,在此基础上对夹层结构进行了多目标优化设计。结果表明,铝泡沫芯体相对密度排布顺序对夹层结构抗爆性影响明显;具有最佳芯体密度梯度排布的铝泡沫夹层结构的抗爆性能明显优于等质量的均匀密度铝泡沫夹层结构;多目标优化可进一步提高梯度铝泡沫夹层结构的综合抗爆性能。

摘要：汽车零部件产品常被采用堆垛形式的物流器具运输以避免损伤。应用随机振动试验方法,分析三种不同振动等级下,堆垛型钢质物流器具的振动损伤;基于物流器具—装载物—夹具相互作用关系,建立了全景天窗运输器具的有限元模型,研究了平稳高斯随机振动下该器具的疲劳响应,获得关键位置变形和等效应力,预测器具的疲劳寿命。研究结果表明:有限元分析得到的共振频率与随机振动试验结果相差3.4%;器具振动响应主要受低阶共振频率影响,最大应力集中在堆垛柱与托盘连接处;上层装载物响应加速度1.42g明显大于下层0.79g,而同处于上层的装载物响应加速度差别小于1.7%;上下层堆垛柱响应加速度分别为0.82g和0.79g,差别不明显。上述方法可模拟运输过程中汽车物流器具振动疲劳及装载物易损点,为汽车物流器具设计提供参考。

摘要：为了减小汽车事故中的行人头部损伤,提出了一种具有四韧带手性蜂窝芯体的夹芯吸能式发动机罩概念设计.建立了头型冲击器、四韧带手性蜂窝以及传统六边形蜂窝夹芯的吸能式发动机罩有限元模型,仿真对比了两种机罩对行人头部的保护性能.结果表明:与六边形蜂窝相比,四韧带手性蜂窝夹芯机罩能更有效地减小行人头部碰撞损伤.建立的四韧带手性蜂窝夹芯吸能式发动机罩,可以为汽车事故中用于行人头部保护的新型吸能发动机罩设计提供参考.

摘要：采用有限元仿真,以比能量吸收和冲击峰值力为评价指标,研究一种轴对称锥形多胞薄壁方管在不同冲击角度下的失效模式和吸能特性,分析了包括长径比、壁厚和锥度在内的结构参数对其斜向冲击吸能特性的影响,并拟合出可用于斜向冲击下比能量吸收和冲击峰值力预测的解析公式。结果表明,锥形多胞薄壁管在斜向冲击下的吸能特性明显优于其他类似薄壁吸能结构;结构参数对其吸能特性影响明显;拟合得到的解析公式为此类结构优化设计提供参考和依据,并有利于工程实际应用。

摘要：金属点阵材料夹芯板因其轻质、高比强度、高比刚度以及多功能和良好的可设计性等优势在工程防护领域应用潜力巨大。基于动力显式有限元法,仿真研究了金字塔型金属点阵材料夹芯板在爆炸载荷下的动态响应,并进行了针对其抗爆性能的多目标优化;建立了包含实体单元芯体的夹芯板详细有限元模型,并提出了采用梁单元芯体的简化模型;通过与文献实验结果对比验证了模型的有效性和准确性;在此基础上,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,采用单一变量法分析了芯体关键几何参数对夹芯板抗爆性能的影响;以关键几何参数为变量,利用响应面模型和遗传算法对夹芯板进行了抗爆性能多目标优化;并考虑爆炸当量不确定性,完成了夹芯板抗爆性能可靠性优化。结果表明,梁单元芯体简化模型可大幅度提高仿真计算效率,为夹芯板抗爆性能优化提供便利;芯体关键几何参数对金字塔型点阵夹芯板抗爆性能影响很大;多目标优化和可靠性优化能够提高金字塔型点阵夹芯板的综合抗爆性能和可靠性。

摘要：综合考虑了气动阻力特性和横风稳定性,对车身外形参数进行了多目标自动优化设计。综合利用参数化建模技术、计算流体力学(CFD)仿真、试验设计方法、响应面模型和智能优化算法,集成Pro/Engineer参数化建模和ICEM网格划分工具以及Fluent仿真软件,在多学科优化平台modeFRONTIER上,搭建了一种自动优化设计流程。利用该流程,基于遗传算法(GA)对MIRA快背式模型车身几何外形进行了改型设计,得到了考虑车身气动阻力特性和横风稳定性的最优权衡设计解集。该结果使得气动阻力因数降低了5.2%,侧向力因数降低了5.8%。因而,实现了车身气动阻力和横风稳定性的多目标优化。

摘要：基于有限元方法,研究不同冲击速度下面心立方排布的金属空心球(FCC-MHS)梯度泡沫结构的缓冲吸能特性.以比吸能和远端应力为目标对象,分析梯度排列次序和梯度数对结构抗冲击性能的影响.采用径向基函数方法构建FCC-MHS梯度泡沫冲击代理模型且进行多目标优化.结果显示,在冲击波效应不明显时,梯度排列次序和梯度数对FCC-MHS泡沫抗冲击性能影响有限,FCC-MHS梯度泡沫的抗冲击性能与均质FCC-MHS泡沫接近;在波效应明显的冲击速度下,梯度数多且呈负梯度排列的FCC-MHS泡沫抗冲击性能最优.优化设计能使FCCMHS泡沫的抗冲击性能更优.

摘要：基于对金属空心球复合材料的结构分析,采用金属型重力铸造法制备金属空心球复合材料。介绍了金属空心球复合材料金属型重力铸造工艺流程,并设计了一种成本低廉、简易成型、且能多次使用的金属型模具,且对金属空心球复合材料进行了实验试制及材料验证。结果表明,采用金属型重力铸造法能够制备出孔壁结构完整且孔洞随机分布的金属空心球复合材料,能实现空心球单一设计与梯度设计;金属空心球复合材料基体与空心球壁组织较为致密,且形成了厚度为25~30μm的界面层;金属空心球复合材料的应力-应变曲线具有明显的弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段,且采用空心球梯度设计的金属空心球复合材料相较于空心球单一设计的金属空心球复合材料,其基本力学性能有明显的提升。最后,与传统的闭孔泡沫铝材料进行了对比分析,金属空心球复合材料整体稳定性更高,吸能效果更强。