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锥形薄壁梁斜向耐撞性优化设计仿真研究 被引量:1
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作者 张文强 张维刚 +1 位作者 唐涛 陈鼎 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2017年第5期139-145,共7页
由于薄壁结构具有低成本和高能量吸收效率的特点,被广泛地应用在汽车车身上。在碰撞载荷作用下,薄壁结构有3种变形形式,即渐进压溃、欧拉变形和混合变形模式,其中最利于吸能的变形形式是渐进压溃,一般在纯轴向载荷中出现。实际交通事故... 由于薄壁结构具有低成本和高能量吸收效率的特点,被广泛地应用在汽车车身上。在碰撞载荷作用下,薄壁结构有3种变形形式,即渐进压溃、欧拉变形和混合变形模式,其中最利于吸能的变形形式是渐进压溃,一般在纯轴向载荷中出现。实际交通事故情况复杂,斜向撞击更为普遍,由此导致的欧拉变形时常发生。研究目的就是提高薄壁结构在轴向和斜向碰撞下的耐撞性。首先选取7种不同截面型式薄壁锥形梁,通过改变斜向冲击的夹角,计算得到不同结构型式的比吸能(SEA)。对7种截面型式的薄壁结构进行夹角为0°、15°和30°载荷工况的碰撞仿真,对比其性能表现,选取耐撞性最佳的结构。在此基础上,以SEA为优化目标,以碰撞峰值力F_(max)为约束,通过0°、15°和30°的工况的有限元仿真,利用代理模型的方法寻找该结构的最优参数,最终得到的优化结构斜向耐撞性得到大幅度提升。 展开更多
关键词 锥形薄壁梁 斜向碰 截面形状 代理模型 耐撞性优化
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基于SHCA-T算法的车身骨架多工况耐撞性优化设计 被引量:3
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作者 段利斌 周华锦 +4 位作者 杜展鹏 张雨 徐伟 刘星 江浩斌 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期304-312,共9页
为解决多变量非线性动态结构优化效率低、难以收敛等问题,提出求解车身骨架厚度优化的子区域混合元胞自动机(SHCA-T)算法以及多工况SHCA-T算法,实现车身骨架多工况耐撞性高效优化设计。该方法包括内外两层循环:外层循环主要开展碰撞仿... 为解决多变量非线性动态结构优化效率低、难以收敛等问题,提出求解车身骨架厚度优化的子区域混合元胞自动机(SHCA-T)算法以及多工况SHCA-T算法,实现车身骨架多工况耐撞性高效优化设计。该方法包括内外两层循环:外层循环主要开展碰撞仿真分析、计算输出响应,更新目标质量,实现结构质量的最小化;内层循环主要根据当前元胞及其邻胞的内能密度,按照PID控制策略调整元胞厚度,使内层循环的当前质量收敛于目标质量;最终使元胞内能密度分布尽可能逼近阶跃式目标内能密度函数。为了验证SHCA-T和多工况SHCA-T算法的精度和效率,将其用于求解侧面碰撞和侧面柱碰工况下车身骨架的厚度优化问题,并与基于伪CEI准则的并行约束EGO(EGO-PCEI)算法的优化结果进行对比。结果表明:在收敛精度相当的条件下,SHCA-T和多工况SHCA-T算法具有更高的全局搜索效率。 展开更多
关键词 混合元胞自动机 SHCA-T算法 白车身 轻量化设计 耐撞性优化
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基于耐撞性拓扑优化的TS级可导向防撞垫设计
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作者 谭舜 雷正保 《机械设计》 北大核心 2025年第4期27-32,共6页
JTG B05-01—2013《公路护栏安全性能评价标准》对公路防撞垫提出了更高的要求,严格规定了小型客车对防撞垫的各项碰撞条件(正碰、偏碰、斜碰、正向侧碰)和评价指标。文中基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,提出吸能盒的拓扑优化... JTG B05-01—2013《公路护栏安全性能评价标准》对公路防撞垫提出了更高的要求,严格规定了小型客车对防撞垫的各项碰撞条件(正碰、偏碰、斜碰、正向侧碰)和评价指标。文中基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,提出吸能盒的拓扑优化结构。通过正交试验设计对吸能盒横截面的参数进行优化,再结合稳健性设计确定吸能盒横截面各因素水平的最佳组合,使吸能效果达到最佳。参考上述标准的碰撞条件,通过有限元仿真分析,将稳健性优化后的防撞垫与优化前的防撞垫加速度进行对比,结果表明:稳健性试验后的正碰工况下的防撞垫最大加速度减小了18 m/s^(2),偏碰和斜碰工况下也满足安全标准,且防撞等级满足TS级安全防护标准。 展开更多
关键词 可导向防 拓扑优化 正交试验设计 有限元仿真 稳健设计
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有轨电车碰撞仿真建模技术及耐撞性研究 被引量:1
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作者 孔琳皓 肖守讷 +3 位作者 朱涛 张敬科 丁浩谞 梁朝纬 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第3期70-75,共6页
[目的]鉴于有轨电车与路面车辆共享道路使用权,由此引发的道路乘用车与有轨电车碰撞事故频发,故有必要对有轨电车碰撞仿真建模技术及耐撞性进行研究。[方法]选取某型号有轨电车作为研究样本,利用自主研发的碰撞仿真分析前处理模块,构建... [目的]鉴于有轨电车与路面车辆共享道路使用权,由此引发的道路乘用车与有轨电车碰撞事故频发,故有必要对有轨电车碰撞仿真建模技术及耐撞性进行研究。[方法]选取某型号有轨电车作为研究样本,利用自主研发的碰撞仿真分析前处理模块,构建了有轨电车碰撞仿真分析模型,并针对乘用车侧面撞击有轨电车悬浮模块的情景进行了详细研究。[结果及结论]所开发的碰撞仿真分析前处理模块能够高效、便捷地构建有轨电车碰撞仿真分析模型,显著提升了建模效率。随着乘用车碰撞速度的提升及撞击点位置的升高,侧墙的横向入侵量呈现增大趋势。特别是在乘用车撞击角度介于90°~120°之间时,侧墙的横向入侵量达到最大值。最终,通过对侧墙截面进行优化设计,即在其中空区域填充泡沫铝材料,优化后的侧墙最大横向入侵量降低了42%,有效提升了有轨电车在侧面碰撞中的耐撞性能。 展开更多
关键词 有轨电车 自动化建模 侧面碰 参数分析 耐撞性优化
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洞庭湖二桥护栏立柱的耐撞性拓扑优化和尺寸优化 被引量:3
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作者 雷正保 李尽歆 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第6期788-792,821,共6页
为设计出防撞等级达到HA级(760kJ)的临湘至岳阳高速(简称"大岳高速")洞庭湖二桥桥梁钢护栏,文章基于耐撞性拓扑优化方法,对桥梁钢护栏立柱进行了拓扑优化分析,获取了矩形截面形式的桥梁钢护栏立柱拓扑构型,基于现行评价标准... 为设计出防撞等级达到HA级(760kJ)的临湘至岳阳高速(简称"大岳高速")洞庭湖二桥桥梁钢护栏,文章基于耐撞性拓扑优化方法,对桥梁钢护栏立柱进行了拓扑优化分析,获取了矩形截面形式的桥梁钢护栏立柱拓扑构型,基于现行评价标准与正交试验设计方法,对矩形截面桥梁钢护栏立柱进行了优化设计,确定了厚度的最优参数组合;对最优参数组合的护栏立柱进行质量计算并运用4种车型进行验证分析,结果表明,碰撞仿真计算所得车辆运行轨迹、车体加速度等护栏安全评价指标满足安全性能评价标准要求。 展开更多
关键词 拓扑优化 正交试验设计 护栏立柱 最优参数组合 安全
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挖掘机滚翻保护结构的耐撞性分析及轻量化设计 被引量:1
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作者 马超 鹿鹏程 +2 位作者 邱娜 鲁红朋 仇文宁 《中国工程机械学报》 北大核心 2023年第4期363-366,共4页
为提高某型号挖掘机滚翻保护结构(ROPS)的耐撞性并降低其总质量,研究使用结构响应分析及多目标优化方法对其进行优化。通过部件吸收的能量和承受的截面力等结构响应,评估ROPS中的各个部件对结构吸能特性和变形机理的影响。根据结构响应... 为提高某型号挖掘机滚翻保护结构(ROPS)的耐撞性并降低其总质量,研究使用结构响应分析及多目标优化方法对其进行优化。通过部件吸收的能量和承受的截面力等结构响应,评估ROPS中的各个部件对结构吸能特性和变形机理的影响。根据结构响应分析筛选出可提升结构吸能量并降低质量的部件,将其厚度作为设计变量,以乘员与ROPS之间的最小距离(安全距离)最大化、质量最小化为目标函数,以ROPS的吸能量为约束函数进行多目标优化。优化结果表明:最优解在满足ROPS性能要求时,安全距离增大121.77%,结构总质量下降10.62%,该研究可为工程机械的ROPS轻量化设计提供指导。 展开更多
关键词 耐撞性优化 滚翻保护结构 结构响应分析 约束多目标优化 轻量化设计
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基于近似模型的非线性区间数优化方法及其应用 被引量:14
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作者 赵子衡 韩旭 姜潮 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期451-456,共6页
在不确定优化中,非线性区间数优化方法由于需要嵌套优化,造成计算效率低下而阻碍其应用于工程实际。本文提出了一种基于径向基函数近似模型的求解方法,以提高非线性区间数优化方法的计算效率。该方法利用拉丁超立方实验设计方法采样,建... 在不确定优化中,非线性区间数优化方法由于需要嵌套优化,造成计算效率低下而阻碍其应用于工程实际。本文提出了一种基于径向基函数近似模型的求解方法,以提高非线性区间数优化方法的计算效率。该方法利用拉丁超立方实验设计方法采样,建立目标函数和各约束的径向基函数近似模型。利用近似模型代替嵌套优化中的真实模型,再用非线性区间数优化方法进行求解,从而提高了非线性区间数优化方法的计算效率,使得该算法在工程应用方面成为可能。用一个测试函数验证了该方法的可行性,最后将方法应用于车身薄壁梁的耐撞性优化。 展开更多
关键词 不确定优化 区间数 非线优化 径向基函数近似模型 耐撞性优化
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TB级可导向防撞垫吸能盒拓扑优化设计 被引量:6
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作者 雷正保 刘美刚 +1 位作者 张家波 陈小勇 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期856-862,共7页
为了可导向防撞垫轻量化设计,基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,对可导向防撞垫吸能盒进行多工况拓扑优化分析,提取了吸能盒拓扑构型。并且利用正交试验设计方法,以车辆多工况碰撞中最大的加速度为考核指标,对矩型截面吸能盒的... 为了可导向防撞垫轻量化设计,基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,对可导向防撞垫吸能盒进行多工况拓扑优化分析,提取了吸能盒拓扑构型。并且利用正交试验设计方法,以车辆多工况碰撞中最大的加速度为考核指标,对矩型截面吸能盒的截面参数进行了优化设计,确定了矩型截面吸能盒的最优参数组合。最后,对正交试验优化前后的防撞垫进行多工况有限元仿真分析,并且将正碰工况下优化后防撞垫与现存防撞垫加速度对比,结果表明通过优化后获得的吸能盒较优化前缓冲性能更优,能更好的保护乘员安全。 展开更多
关键词 拓扑优化 正交试验设计 有限元
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基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法及其应用 被引量:6
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作者 刘桂萍 韩旭 官凤娇 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1140-1143,1196,共5页
针对复杂工程多目标优化中求解精度受近似模型精度影响大的问题,提出了一种基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法。该方法在每一个优化迭代步中首先采用拉丁超立方实验设计方法获得样本点,并基于这些样本点建立各目标和约束的二阶响... 针对复杂工程多目标优化中求解精度受近似模型精度影响大的问题,提出了一种基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法。该方法在每一个优化迭代步中首先采用拉丁超立方实验设计方法获得样本点,并基于这些样本点建立各目标和约束的二阶响应面模型,接着用所建立的响应面模型代替真实模型进行多目标优化,优化算法采用微型多目标遗传算法,然后通过信赖域模型管理方法来管理近似模型。该方法大大降低了近似模型对求解精度的影响。该方法在车身薄壁构件的耐撞性优化中的应用验证了其解决复杂工程多目标优化问题的能力。 展开更多
关键词 多目标优化 近似模型管理 耐撞性优化 车身薄壁构件
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地铁车辆底架前端传力路径及结构优化方法 被引量:3
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作者 许平 胡正维 +3 位作者 姜士鸿 邢杰 陈凯 尚昱煌 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1252-1262,共11页
根据力流路径分配最优原则设计出不同的底架前端吸能区结构布置方案;基于Beam梁单元简化的有限元模型进行仿真计算,比选得到最优的传力路径方案;对该最优传力路径方案进行实体化建模,以设计方案仿真计算得到的关键参数作为目标,设计出2... 根据力流路径分配最优原则设计出不同的底架前端吸能区结构布置方案;基于Beam梁单元简化的有限元模型进行仿真计算,比选得到最优的传力路径方案;对该最优传力路径方案进行实体化建模,以设计方案仿真计算得到的关键参数作为目标,设计出2种不同构型的承载式吸能结构;对整个底架前端结构进行参数优化,对优化前后的底架前端结构进行碰撞仿真计算对比分析。研究结果表明:优化后的底架前端结构能够满足能量吸收的约束条件,并且碰撞过程响应稳定。 展开更多
关键词 地铁车辆 传力路径 薄壁结构 数值仿真 耐撞性优化
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高速列车吸能结构开孔设计及结构优化 被引量:2
11
作者 陈劼昊 梁习锋 +1 位作者 许平 车全伟 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1502-1510,共9页
通过在高速列车端部的多胞吸能结构中加入纵向开孔方案,来提高结构的耐撞性能。研究通过有限元软件LSDYNA建立开孔结构的有限元模型,并通过动态冲击试验验证该模型的准确性。在此基础上,提出使用径向基函数代理模型(Radial Basis Functi... 通过在高速列车端部的多胞吸能结构中加入纵向开孔方案,来提高结构的耐撞性能。研究通过有限元软件LSDYNA建立开孔结构的有限元模型,并通过动态冲击试验验证该模型的准确性。在此基础上,提出使用径向基函数代理模型(Radial Basis Function,RBF)和深度信念网络(Deep Belief Network,DBN)结合构建吸能结构的混合代理模型。采用多目标遗传算法对开孔的位置、大小以及结构的厚度进行参数优化设计,以峰值力(Peak Crash Force,PCF)和比吸能(Specific Energy Absorption,SEA)为优化目标,寻找最佳的开孔参数。研究结果表明:在多胞结构中进行纵向开孔设计能够有效提高结构耐撞性能,尤其在结构的峰值力和比吸能上有着较好的效果。此外,对比RBF代理模型和混合代理模型的耐撞性指标的拟合精度,RBF代理模型在经过DBN优化后,吸能量(Energy Absorption,EA)代理模型的最大相对误差和平均相对误差分别从12%和8%降低到4%和2%。比吸能代理模型的最大相对误差和平均相对误差分别从9%和5%降低到5%和2%,说明混合代理模型能够进一步提高RBF代理模型的精度。和初始开孔设计相比较,优化后的开孔方案在保持原有吸能量的基础上,使结构的比吸能从提高2%到提高6%,峰值力从降低3%到降低7%,优化后的开孔参数更为合理。 展开更多
关键词 开孔结构 耐撞性优化 混合代理模型 多胞结构 冲击试验
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Contrastive analysis and crashworthiness optimization of two composite thin-walled structures 被引量:4
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作者 谢素超 周辉 +1 位作者 梁习锋 任鑫 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第11期4386-4394,共9页
For the safety protection of passengers when train crashes occur, special structures are crucially needed as a kind of indispensable energy absorbing device. With the help of the structures, crash kinetic-energy can b... For the safety protection of passengers when train crashes occur, special structures are crucially needed as a kind of indispensable energy absorbing device. With the help of the structures, crash kinetic-energy can be completely absorbed or dissipated for the aim of safety. Two composite structures(circumscribed circle structure and inscribed circle structure) were constructed. In addition, comparison and optimization of the crashworthy characteristic of the two structures were carried out based on the method of explicit finite element analysis(FEA) and Kriging surrogate model. According to the result of Kriging surrogate model, conclusions can be safely drawn that the specific energy absorption(SEA) and ratio of specific energy absorption to initial peak force(REAF) of circumscribed circle structure are lager than those of inscribed circle structure under the same design parameters. In other words, circumscribed circle structure has better performances with higher energy-absorbing ability and lower initial peak force. Besides, error analysis was adopted and the result of which indicates that the Kriging surrogate model has high nonlinear fitting precision. What is more, the SEA and REAF optimum values of the two structures have been obtained through analysis, and the crushing results have been illustrated when the two structures reach optimum SEA and REAF. 展开更多
关键词 contrastive analysis crashworthiness optimization composite structure Kriging surrogate model finite element analysis
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Optimizing crashworthiness design of square honeycomb structure 被引量:4
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作者 李萌 邓宗全 +2 位作者 郭宏伟 刘荣强 丁北辰 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第3期912-919,共8页
To provide theoretical basis for square honeycombs used as crashworthy structures, energy-absorption properties of metal square honeycombs and the size optimization were performed. Specific energy absorption(SEA) was ... To provide theoretical basis for square honeycombs used as crashworthy structures, energy-absorption properties of metal square honeycombs and the size optimization were performed. Specific energy absorption(SEA) was defined as the energy absorbed by the honeycomb structure per unit volume. This parameter was often used for determining the crashworthiness of thin-walled structures. In order to find the most optimized metal square honeycomb structure with the maximum SEA and the lowest peak stress, the cell length and the foil thickness of the metal honeycombs were optimized, with a low peak stress and a high SEA set as the two primary objectives. The pre-processing software Patran was used to build FE models, and the explicit solver LS-DYNA was employed to perform the crashworthiness analyses. The results show that the square honeycomb exhibits good energy absorption performance in some cases. The geometry is effective using 16.8% less buffer structure volume than the hexagonal honeycombs with a peak stress limitation of 1.21 MPa. 展开更多
关键词 CRASHWORTHINESS square honeycomb response surface methodology numerical simulation multi-objective optimization
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