摘要：基于声电类比,设计了与电滤波器性能相似的低频消音结构,并结合传递矩阵法和模拟退火法,构造了声学结构的优化设计策略。首先,采用归一化方法,以四阶切比雪夫高通电滤波器为基准,设计了电学带阻滤波器;然后,基于声电类比,将电路中的电感电容转换为声学结构中的细管和圆柱腔,构造了消音结构原型,并利用传递矩阵法,建立其数学模型,推导声波传递损失表达式;最后,结合声学结构的数学模型和模拟退火法,以有效衰减带宽最大为目标,以消音结构的尺寸参数为变量,对原型结构进行优化设计。结果表明:基于声电类比,能获得合理的消音结构原型,克服了仅依靠经典消音结构进行设计的局限;结合推导的传递损失数学模型和模拟退火法,对消音结构原型进行参数优化,能显著提高其消音效果,表现在传递损失超过20 dB的带宽拓宽至410~2 165 Hz,是优化前带宽的202%,特别是优化后的结构克服了原型结构在466~537 Hz频率内不能实现有效消音的缺陷,获得了连续的大跨度有效带宽,且传递损失曲线平均增幅达22.8%。

摘要：车辆接触动力学研究有助于更加全面地了解整车力学性能,对整车稳定性和座舱舒适性设计具有指导性作用.文章基于非光滑多体系统理论,对车辆系统展开接触动力学研究.考虑到车辆在行驶过程中,轮胎是与地面接触的唯一部件,轮胎动力学模型对整车动力学分析发挥着重要的作用.首先,借助于张拉整体结构的思想,建立轮胎的等效模型.然后,采用拉格朗日乘子方法,将约束方程引入到拉格朗日函数中,并基于第二类拉格朗日方程,推导得到整车系统的一般动力学方程.由于接触碰撞的存在,会导致车辆的状态变量呈现出非连续性.利用牛顿碰撞定律,建立了碰撞响应的非光滑数学列式,并利用光滑化的Fischer-Burmeister函数将非光滑数学列式进行等效替换,以提高计算效率.其次,将摩擦响应的求解转化为优化问题进行描述,以避免求解摩擦方向时出现奇异.另外,将车辆系统的一般动力学模型分解为光滑部分与非光滑部分进行求解,并利用广义α离散策略给出了详细的求解流程.最后,对整车系统展开了多工况的接触碰撞数值仿真,分析了不同工况下的接触响应对整车动力学性能的影响,验证了所提方法的有效性.

摘要：热成形钢淬硬后强度高、韧性差,热成形过程的高温变形损伤会进一步加剧淬硬后材料的断裂失效,导致零部件服役抗撞性能被高估,造成安全隐患等问题。以600℃下淬火得到的淬硬硼钢为对象,研究了高温预应变对淬硬后材料力学性能和失效行为的影响规律,发现高温预应变越大,材料的强度和伸长率越低,并发生明显的韧脆转变现象。设计了5种应力三轴度子样件,通过DIC系统测得其断裂失效应变并结合有限元反算优化方法,获得了4种预应变下淬硬硼钢的失效双曲线和GISSMO损伤失效模型参数。进一步开展了淬硬硼钢帽型梁结构的轴向压溃试验,探究了考虑成形损伤及引入失效模型对结构抗撞性能预测精度的影响。结果表明:只引入GISSMO失效模型可以较好地预测淬硬零部件的失效行为,但其预测值偏高,而耦合热成形预应变历史并引入相应失效模型的联合仿真,对淬硬硼钢结构的抗撞性能预测最佳。

摘要：基于三维有限元的时域仿真法,探讨了建立声学结构单元传递函数模型的一般方法。所建立的声学单元传递函数由结构参数高精度表达,能简化一般声学结构设计问题的流程。首先,建立了两种声学结构单元,仿真其幅频特性,并结合试验测量,验证幅频特性曲线的准确性,而后基于幅频特性曲线拟合传递函数,选择精度最高的零极点匹配方案,确定拟合传递函数的最优型式。结果表明,匹配7个极点和无零点来拟合膨胀腔单元的传递函数,匹配2个极点和2个零点来拟合亥姆霍兹共振腔单元的传递函数,拟合精度最高。然后,分析声学单元的结构参数对幅频特性的影响,并基于拟合传递函数的最优型式,通过数值仿真和拟合计算,建立由结构参数表达的声学结构单元传递函数模型。最后,构造了由膨胀腔和亥姆霍兹共振腔构成的复合声学结构,通过单元传递函数的组合计算,获得声学结构的总传递函数,并与COMSOL仿真结果比较,验证所建立声学单元传递函数模型的正确性,它能准确描述声学结构的传递损失特性。

摘要：针对现有的驾驶员不满度模型未考虑驾驶风格而导致换道决策难以适应不同类型驾驶员的问题,改进基于前车车速的驾驶员不满度模型,并结合基于椭圆车辆模型的最小安全距离模型,建立基于驾驶风格和驾驶员不满度的换道决策模型.选取15个问题作为驾驶员行为问卷(driver behavior questionnaire, DBQ)调查内容,利用主成分分析和K-means聚类将驾驶风格分为激进型、谨慎型和普通型3类.设计驾驶模拟器试验,采集不同驾驶风格的驾驶员换道数据,得到不同驾驶风格的驾驶员不满度阈值.通过MATLAB/Simulink和Carsim仿真平台验证换道决策模型的有效性.结果表明:换道决策模型可根据驾驶员不满度正确产生换道意图,保证换道过程的安全性,同时还可以适应不同驾驶风格的驾驶员,使基于驾驶员不满度的换道决策模型更符合驾驶员的实际驾驶习惯.

摘要：为了推动微穿孔吸声体(MPA)在工程中的实际应用,本文采用数值仿真方法,研究了有限尺寸的微穿孔波纹板吸声体的吸声性能.首先,基于微穿孔板阻抗理论,并将平面波谱法和有限元分析方法耦合起来,构造了微穿孔波纹板吸声体(CMPA)的三维仿真模型,给出了在声波垂直入射和斜入射工况下,吸声体声学性能的计算列式;然后,应用有限元软件COMSOL,模拟了有限周期CMPA的吸声性能,分析了波纹深度和波纹间距与吸声性能之间的关系,以及声波入射方向对吸声性能的影响;最后,为改善吸声体对声波方向的敏感性,设计了双向波纹状微穿孔板吸声体.结果表明,在声波垂直入射和斜入射的工况下,相对于传统的平直微穿孔板吸声体,波纹板吸声体具有更好的吸声性能,包括更高的吸声系数和更宽的有效吸声频带;双向波纹板吸声体能显著改善单向波纹板对声波入射方向的敏感性,实现在更大声波入射角范围内的有效吸声,如当入射声波方位角任意且入射角在0°~45°范围内时,双向波纹板吸声体,在500~2500 Hz范围内的吸声系数都大于0.7,表现出了优良的吸声性能.

摘要：针对高分辨率三维结构拓扑优化中计算成本高的问题,提出一种基于水平集方法融合自适应贴体网格的拓扑优化并行计算新框架。通过水平集函数零等值面,清晰描述优化结果边界,实现了“所见即所得”的拓扑优化设计结果;并在每一迭代步中基于该等值面进行网格重构,加密边界周围网格,稀疏其余区域内网格,从而大幅减少了网格数量,有效降低计算成本;在计算过程中通过对网格进行分割,并指派给不同的CPU进行计算,实现并行计算,可以有效处理大规模计算问题。该框架基于开源软件FreeFEM,Mmg和PETSc进行开发,以经典的刚度问题为例,在工作站平台上,求解网格规模达380万的数值算例,验证该方法的高效性。

摘要：碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)由于比强度和比刚度高且能实现材料结构性能一体化设计制造,已成为航空航天装备减重的优选材料。精密磨削是CFRP成形后保证装配公差和精度必需的加工方法。切削液解决了磨削界面强热力作用下冷却润滑和排屑等问题,但CFRP易吸湿膨胀导致力学性能降低限制了浇注式润滑的应用。而干切削易造成表面完整性恶化和粉尘污染,以极少量生物润滑剂雾化浸润切削区的准干式切削加工是必然选择。然而,对于非均质各向异性的CFRP的精密平面磨削材料去除力学行为尚不明确。基于此,提出了基于纳米增强生物润滑剂微量润滑的CFRP磨削方法。首先,分析了磨削区磨粒的几何学运动学规律,研究了随机磨粒对多相异质CFRP的随机碳纤维的磨削干涉状态。其次,揭示了磨粒纤维的接触力学行为和磨粒对纤维断面的挤压材料去除机理。分析了单侧约束纤维的弯扭破坏及其所致界面相剥离,通过多纤维块状去除力学行为分析确定了纤维束去除中纤维断裂平均应力。建立了磨粒与纤维的椭圆域接触力学模型,和基于拉伸断裂破坏的单纤维切削力学模型。最后,考虑砂轮工件界面摩擦建立了不同工况的CFRP平面磨削力模型并进行了实验验证,最优条件下模型误差14.73%。结果表明,纳米增强生物润滑剂微量润滑的磨削力最低,法向和切向力相比干磨削分别降低了22.93%和55.79%。

摘要：基于动力显式有限元算法,以侧碰过程中B柱的吸能量-EA和最大侵入量Dmax为评价指标,对比分析热成形强度梯度分布及厚度梯度分布对零件抗撞性能的影响。进一步,基于径向基函数建立梯度性能热成形B柱的侧碰代理模型,并采用NSGAII遗传算法分别对两种梯度性能B柱(强度、厚度)进行多目标优化设计,获得了梯度性能热成形B柱帕朗特前沿解集。结果表明:优化后的梯度强度及梯度厚度热成形B柱的抗撞性能相较于原始工况有显著提高,且梯度厚度B柱比梯度强度B柱具有更大的可设计空间,结合多目标优化结果可进一步提高车身零部件的综合抗撞性能。

摘要：为了避免汽车车身设计后期的反复修改,开发了车身结构概念设计系统(VCD-ICAE)的多目标优化模块,设计了以车身结构刚度和模态为设计目标的多目标优化算法,可实现在车身质量不增加的前提下提高车身总体结构性能,从而为概念设计阶段实现车身轻量化提供依据,节约时间和成本。最后结合具体车型的概念设计过程,对该车身进行了多目标优化设计,提高了该车身的弯曲刚度、扭转刚度、一阶弯曲频率和一阶扭转频率,验证了多目标优化模块的有效性和正确性。