CFRP汽车防撞梁结构/材料一体化优化设计

针对复合材料汽车防撞梁结构布局和层合板铺层优化问题,提出以防撞梁强度最大为目标,宏观结构与层合板铺层角为变量的结构/材料双尺度优化设计方法。结构层面采用B样条对防撞梁轮廓曲线进行参数化表达,并改变防撞梁截面关键尺寸,构建几何模型;材料层面考虑铺层角对层合板性能带来的影响,采用0°、±45°、90°四种标准铺层角进行铺设。通过自适应遗传算法对结构与材料两个层面的设计变量进行初始化,实现了适用于复合材料汽车防撞梁的结构/材料一体化优化设计。结果表明:防撞梁结构的强度较优化之前升幅为81.41%,且最大等效应力下降至64.885MPa,小于CFRP材料的极限强度,优化结果达到预期效果。     

纤维增强复合材料汽车前防撞梁的设计与分析

为减轻车身重量,以某新能源车型前防撞梁为研究对象,分别采用单向碳纤维增强树脂基复合(Continuous Fiber Reinforced Polymeric, CFRP)材料和机织碳-玻混杂纤维增强树脂基复合(Carbon-Glass Fiber Reinforced Polymeric, C-GFRP)材料代替原铝合金(6082-T6)材料。基于三点静压工况,确定“凹”字形结构为新设计复合材料前防撞梁的截面形状。基于熵权TOPSIS法对C-GFRP复合材料前防撞梁进行多目标优化,结合正面低速碰撞仿真对比,确定了2种复合材料前防撞梁的最优铺层厚度和铺层角度,通过碰撞比吸能、最大侵入量和碰撞支反力峰值等性能参数对比,分析了2种复合材料前防撞梁各自的优势。     

基于自适应遗传算法的层合板铺层优化设计

针对复合材料层合板结构设计中因铺层角度多变、难以确定最优铺层方案的问题,提出一种基于自适应遗传算法的铺层优化设计方案。该方案以层合板铺层角度为变量,以层合板最大形变量为优化目标,采用整数编码策略,运用MATLAB平台进行遗传算法设计。在寻优过程中调用ABAQUS对层合板进行有限元分析并将分析结果返回至MATLAB进行优化计算。通过对比经典遗传算法表明,该算法收敛快,更易达到优化设计的目的。     

不同胶接参数对CFRP层合板单搭胶接结构强度的影响及优化设计

对于碳纤维增强基复合材料(Carbon fibre-reinforced polymer,CFRP)层合板单搭胶接结构的优化问题,首先利用连续损伤力学模型、三维Hashin准则和内聚力模型研究不同胶接参数对CFRP层压板单搭胶接结构力学性能的影响,其次采用拉丁超立方试验设计方法和响应面法构建了拉伸强度代理模型,最后基于遗传算法和代理模型进行联合优化.结果 表明,仿真与试验吻合较好,数值结果与试验结果的误差均低于10％,验证了有限元模型的精确性.随着搭接长度的增大,拉伸强度和层合板层间分层损伤程度逐渐增大,剪切强度和胶层自身剪切失效程度逐渐减小;胶接结构的力学性能及失效形式随着铺层方式的不同而改变.最佳铺层顺序、胶接长度、胶层厚度和搭接宽度分别为[03/903]2s、20 mm、0.0607 mm和10 mm.与常规单搭胶接结构相比,拉伸强度和剪切强度分别提高了25.92％和25.88％.采用遗传算法对CFRP层合板单搭胶接结构进行优化,对提高单搭接接头的力学性能具有重要意义.     

汽车前防撞梁的耐撞性与轻量化优化设计

为改善汽车的耐撞性、提升汽车的轻量化程度,从结构改进的角度对汽车前防撞梁进行优化设计。建立汽车前防撞梁正面100%碰撞模型,以前防撞梁横梁和吸能盒厚度为设计变量,以碰撞力峰值作为约束条件,构建以前防撞梁总成吸能量最大化、质量最小化的多目标优化模型。采用哈默斯利法进行试验设计,通过拟合得到近似模型。近似模型与仿真值误差不高于5%。采用全局响应面法对多目标问题进行优化,得到Pareto最优解集。结果表明,优化后前防撞梁吸能量提高了15.8%,质量降低了6%,碰撞力峰值降低了20.3%,比吸能提高了23.1%。优化设计显著改善了汽车的耐撞性并提升了汽车的轻量化程度。     

泡沫铝填充结构汽车车门防撞梁侧碰安全性仿真研究

采用Hyperworks和LS/DYNA有限元软件,研究了泡沫铝填充结构对汽车车门防撞梁的侧碰安全性。根据现有空管防撞梁结构设计了填充结构车门防撞梁,分别对泡沫铝填充结构的车门防撞梁和空管防撞梁的侧碰行为进行数值模拟,分析两种防撞梁的变形云图和侵入速度-时间曲线。研究结果表明,与空管防撞梁对比,泡沫铝填充结构防撞梁变形量小,具有更好的碰撞吸能性,在提高汽车安全性方面有良好的应用前景。     

湿热环境中碳纤维复合材料层合板的强度退化及老化寿命预测

对碳纤维复合材料(CFRP)层合板进行了25,50℃加速水浴吸湿试验,以及吸湿后的单向拉伸和三点弯曲试验,研究了吸湿率、拉伸强度和弯曲强度随吸湿时间、水浴温度的变化规律,讨论了CFRP层合板的失效机理;拟合试验数据建立了CFRP层合板的剩余强度模型,并基于环境当量系数对层合板的湿热老化寿命进行预测.结果表明:CFRP层合板在50℃水浴温度下的平均饱和吸湿率为0.77％,高于在25℃下的(0.33％),在相同吸湿时间下,50℃水浴温度下的吸湿率大于25℃下的;CFRP层合板在50℃吸湿饱和后的拉伸强度和弯曲强度相比吸湿前的分别下降了7.4％和17.2％,下降幅度均大于25℃下吸湿饱和后的;水浴温度越高,CFRP层合板碳纤维与树脂间界面损伤越严重,裂缝越明显;基于剩余强度和环境当量系数的真实老化寿命预测方法可为湿热环境下CFRP层合板的服役可靠性评估提供依据.     

复合材料层合板基于遗传算法的可靠性优化设计

采用遗传算法对复合材料层合板的可靠性优化问题进行了分析。本文研究的算例中 ,在层合结构总厚度一定的情况下 ,以复合材料层合板的系统可靠性指标最大为目标函数 ,对复合材料的纤维方向角或相对厚度进行了优化设计。可靠性分析中 ,采用一次二阶矩法 (FORM)和Tsai Wu准则分析层合板结构的失效概率。算例阐明了遗传算法应用于层合板结构可靠性优化设计的有效性。     

泡沫铝填充结构车门防撞梁优化设计

为最大限度地提高汽车的安全性和环保性,首先对前期设计的泡沫铝填充结构车门防撞梁的吸能量、比吸能率进行理论分析并建立了相应的数学模型;然后应用MATLAB软件对其进行结构优化设计得出最优结构;最后将优化前后的泡沫铝填充结构车门防撞梁的各项指标进行对比分析。结果表明,优化后的泡沫铝填充结构车门防撞梁在提高汽车安全性及环保性方面有明显提高。     

基于改进自适应遗传算法的层合板铺层设计

针对复合材料结构设计中层合板铺层角度多变、难以确定最优设计方案的问题,应用遗传算法对复合材料层合板进行以铺层角度为变量、以层合板强度最大为目标的优化设计。采用MALTAB语言编写改进的自适应遗传算法主程序,在寻优过程中,调用APDL编写应力计算程序,并将输出的计算结果返回MALTAB进行优化计算。以对称层合板为算例进行计算验证,其安全裕度提高了21.5%;通过对比传统遗传算法,证明改进的遗传算法具有快速收敛性。     

纤维复合材料的可靠性优化研究

采用遗传算法分析有初始缺陷的层合板的可靠性优化问题.初始缺陷、强度参数为随机变量,采用一阶矩法分析单元层的可靠性,每个单层板考虑基体破坏和纤维断裂两种失效模式,系统失效概率的计算基于最终层失效理论.以纤维方向角和层合板厚度为设计变量,系统可靠度最小为目标,采用遗传算法计算优化问题.数值算例说明方法的有效性,分析不同失效理论时的最优解.     

层合大板方舱车舱体的模态分析方法对比研究

采用三种不同的单元法(经典板梁单元法、简化的三维层单元法、层合板等效单元法)建立大板方舱车舱体的有限元模型,并对其进行模态分析,结果表明,采用简化的三维层单元法得到的结果精度最高,但花费机时最长;采用层合板等效单元法虽然精度较前者较差,但计算时间快.通过对三者的比较,为汽车设计工程师提供了分析方法的选择.     

汽车车门防撞梁结构改进与安全性分析

为降低汽车在发生侧面碰撞时对驾乘人员的危害,减小对驾乘人员空间的侵入,提出一种汽车车门防撞梁的改进结构,可更好地吸收汽车发生侧面碰撞时产生的能量,从而为车辆提供足够的缓冲空间。改进后的防撞梁结构采用一字形布置且截面呈"W"状,相对已有的防撞梁结构更为简单,对安装空间的要求不高,在提供良好的侧面保护的同时兼顾轻量化设计的要求。最后,采用HyperMesh对改进后的防撞梁进行有限元分析,以确保其满足安全性要求。     

碳纤维复合材料防撞梁的设计与分析

对某款乘用车的碳纤维复合材料防撞梁进行了研究。对碳纤维铺层进行了设计,通过有限元建模、施加边界条件与载荷,对碳纤维复合材料防撞梁的应力、变形与应力失效因数进行了分析,并对不同碳纤维铺层铺设角度进行了对比。通过设计与分析,使碳纤维复合材料防撞梁在满足要求的前提下,相比铝合金防撞梁质量减轻31.4%。     

基于开放式电容成像的CFRP层压板缺陷检测

碳纤维增强复合材料被广泛用于航空航天领域,在其制造及使用过程中不可避免产生各种缺陷及损伤。如何实现CFRP构件无损快速检测、提高损伤容限探测水平、降低检测成本具有重要意义。针对飞机使用的CFRP层合板,基于电容边缘效应,考虑其各向异性介电常数分布特点,利用开放式4×4阵列电极,以传统电容成像激励测量模式及共轭梯度图像重建算法,对CFRP层合板进行可视化检测。通过仿真和实验,验证了该方法对于CFRP层合板不同损伤缺陷检测的有效性和可行性,为实现非侵入、无辐射、低成本的快速无损结构健康监测奠定研究基础。     

层合大板方舱车舱体的模态分析方法对比研究

采用三种不同的单元法（经典板梁单元法、简化的三维层单元法、层合板等效单元法）建立大板方舱车舱体的有限元模型，并对其进行模态分析，结果表明，采用简化的三维层单元法得到的结果精度最高，但花费机时最长；采用层合板等效单元法虽然精度较前者较差，但计算时阊快。通过对三者的比较，为汽车设计工程师提供了分析方法的选择。     

铝/碳纤维复合材料保险杠轻量化设计

对保险杠进行轻量化设计,并保证碰撞安全性,用铝/碳纤维复合材料替换原保险杠防撞梁钢质材料。分别对保险杠各部分厚度及碳纤维铺层角度进行了设计,确定了铝合金和碳纤维的厚度,探讨了铝合金和碳纤维板的厚度对碰撞性能的影响,通过采用对碳纤维铺层角度优化的方法提高碰撞安全性。通过拉丁超立方采样得到的试验样本,用移动最小二乘法建立近似模型并验证其精度,利用多目标遗传算法对近似模型寻优,确定了碳纤维最佳铺层角度,得到优化后铝/碳纤维复合材料保险杠防撞梁。与原钢质材料的保险杠相比,优化后铝/碳纤维复合材料保险杠质量减轻了36.497%,且满足碰撞安全性要求。     

防撞梁在汽车碰撞中的性能要求及评估方法研究

为了高效评估防撞梁系统变化对整车碰撞性能的影响,基于整车正向开发流程,创新定义了防撞梁系统在整车碰撞中的性能要求,创建了防撞梁系统变化对汽车整车碰撞性能影响的等效评估方法。即从材料参数、材料高速拉伸性能、CAE分析、子系统试验4个方面进行评估和对比,可有效判断防撞梁系统的差异性及对整车碰撞性能的影响。通过研究某平台汽车铝前防撞梁原材料供应商切换对整车碰撞性能的评估案例,验证了等效评估方法的有效性,避免了整车碰撞验证,提升效率,降低费用。     

面向CFRP板材的平面式电容传感器设计优化

碳纤维复合材料(CFRP)近年来被广泛应用于航空航天领域,实现其结构完整性检测对于航空航天安全至关重要。基于CFRP层合板的各向异性电学特性,提出利用平面电容传感器实现其结构性损伤检测,该方法具有成本低、非侵入、无辐射、操作简单等优点。比较分析了4种不同形状的平面式电容传感器,通过COMSOL软件构建CFRP层合板的3种典型损伤模型,从信号强度、灵敏度、信噪比、测量动态范围和相关系数等指标分析比较4种电容传感器。同时,结合实际测量数据,比较了CFRP表面损伤半径分别为5、2和1 mm时4种传感器的检测性能。结果表明,三角形传感器在相关系数指标上相比于其他传感器有至少9.8%的检测精度提升,能够有效检测和识别CFRP层合板的缺陷。     

汽车铝合金防撞梁复合冲孔工艺开发

汽车行业轻量化的持续推进和轻量化材料的日趋成熟,铝合金材料作为汽车轻量化重要手段,在汽车防撞梁领域应用比例不断上升。铝合金材质防撞梁相对于高强钢材质的防撞梁加工工艺集成度低、加工效率低。结合铝合金防撞梁结构特点和生产需求,开发一种复合冲孔工艺方案,实现了铝合金防撞梁端头上下层面工艺孔自动化复合加工,同时加工效率和精度大幅提升。