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焊点连接模型对结构刚度的有限元模拟精度的影响分析

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工程力学 2009年第10期26卷 171-176页

作者：吕毅宁吕振华清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

车身等复杂焊接结构中大量焊点的建模方法对其刚度和固有振动频率(亦即动刚度)的有限元分析精度具有较大影响。基于两个解析分析模型,对不同焊点连接模型及其网格相关性对焊接结构刚度和动态特性有限元模拟精度的影响及其原因进行了分... 详细信息

车身等复杂焊接结构中大量焊点的建模方法对其刚度和固有振动频率(亦即动刚度)的有限元分析精度具有较大影响。基于两个解析分析模型,对不同焊点连接模型及其网格相关性对焊接结构刚度和动态特性有限元模拟精度的影响及其原因进行了分析。分析表明,采用不同焊点连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度差异,主要是由于焊点所传递的载荷的分布区域大小不同引起的。焊点附近网格单元尺寸变大时,采用直接连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度会相应增加;但是采用RBE3单元连接模型时,也可能会由于受到焊点中心与网格之间的相对位置等因素的影响而出现相反的情况。焊点直径变大时,采用RBE3单元连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度也会相应增加,但是通过适当调整被焊接结构的有限元网格划分,可以使得该模拟刚度随焊点直径变化的灵敏度最小。通过对一个双帽形焊接薄壁梁结构的几种不同有限元建模方式及相应的刚度和固有振动频率分析结果讨论,验证了给出的解析分析方法的有效性及结论的正确性。

关键词：有限元分析焊点模型刚度振动模态网格划分车身结构

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一种T形胶接接头的简化有限元单元

工程力学 2010年第5期27卷 68-74,90页

作者：赵波吕振华吕毅宁清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

以胶接接头位移理论为基础,通过一组特定的位移约束条件确立了被粘物纵向和横向位移函数,建立了对称T形胶接接头的简化有限元单元,并得到单元刚度矩阵。这些接头单元能够克服胶层厚度估计过大的问题,降低了整体有限元模型的自由度数量,... 详细信息

以胶接接头位移理论为基础,通过一组特定的位移约束条件确立了被粘物纵向和横向位移函数,建立了对称T形胶接接头的简化有限元单元,并得到单元刚度矩阵。这些接头单元能够克服胶层厚度估计过大的问题,降低了整体有限元模型的自由度数量,适用于大型有限元模型中对胶接接头的简化建模。精细有限元模型的数值验证表明,胶接接头简化有限元单元精度很好,使其应用到诸如汽车白车身、飞机等大型有限元模型中成为可能。

关键词： T形胶接接头简化有限元建模解析解胶接接头单元单元刚度矩阵

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基于理论解的三种胶接接头简化有限元单元

工程力学 2010年第7期27卷 1-9,26页

作者：赵波吕振华吕毅宁清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

建立了非对称胶接接头位移理论,它能严格满足包括胶层端头剪应力为零在内的所有边界条件。由于上被粘物、下被粘物具有不同材料和厚度,研究非对称胶接接头更具一般性。以位移理论解为基础,通过一组特定位移约束条件确立了被粘物纵向和... 详细信息

建立了非对称胶接接头位移理论,它能严格满足包括胶层端头剪应力为零在内的所有边界条件。由于上被粘物、下被粘物具有不同材料和厚度,研究非对称胶接接头更具一般性。以位移理论解为基础,通过一组特定位移约束条件确立了被粘物纵向和横向位移函数,获得了非对称T形、L形和单搭接接头简化有限元单元的单元刚度矩阵。这些胶接接头简化单元能大幅降低整体有限元模型的自由度数量,避免以往胶层单元胶层厚度估计过大的不足,并考虑了被粘物间连续传力的特性,更适于大型有限元模型中对胶接接头的简化建模。精细有限元模型的数值验证表明,三种胶接接头简化有限元单元精度很好,使其应用到诸如汽车白车身、飞机等大型有限元模型中成为可能。

关键词：胶接接头单元简化有限元建模解析解单元刚度矩阵 T形接头 L形接头单搭接接头非对称胶接接头

基于等刚度条件的薄壁结构的一种材料替代轻量化设计分析方法

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机械工程学报 2009年第12期45卷 289-294,299页

作者：吕毅宁吕振华清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

通过对板壳结构有限单元的弯曲应变能和膜应变能进行分析,得到一个采用不同材料的薄壁结构的刚度之间的近似解析关系式。将其与结构刚度的有限元计算分析过程相结合,提出一种不同材料但等刚度的薄壁结构的迭代设计方法和材料替代轻量化... 详细信息

通过对板壳结构有限单元的弯曲应变能和膜应变能进行分析,得到一个采用不同材料的薄壁结构的刚度之间的近似解析关系式。将其与结构刚度的有限元计算分析过程相结合,提出一种不同材料但等刚度的薄壁结构的迭代设计方法和材料替代轻量化分析方法。分析得到的薄壁结构关于板壳的弯曲应变能占总的应变能的比例λ的等刚度曲线,可用于直观地评价材料替代得到的等刚度结构的轻量化效果,可指导薄壁结构的轻量化设计。分析表明,材料替代对薄壁结构刚度的影响不仅与材料的弹性特性和板壳厚度相关,还与给定载荷下结构的λ参数相关。对于铝板替代钢板的薄壁结构设计问题,λ越高,则等刚度铝板结构的轻量化效果越明显。通过对一个悬臂薄壁钢板曲梁结构和一个典型车身接头结构的材料替代设计和轻量化分析,验证了提出的设计、分析方法的有效性和结论的正确性。

关键词：轻量化设计材料替代薄壁结构应变能分析车身结构

附加自由阻尼结构系统的有限元分析和拓扑优化设计方法研究

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计算力学学报 2012年第2期29卷 178-183页

作者：吕毅宁吕振华赵波王超清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 中国船级社技术研究开发中心北京100007

给出了一种适用于车身等复杂附加阻尼结构系统的有限元建模和动态特性分析方法,包括附加自由阻尼薄壁结构和附加阻尼材料粘弹性特性的有限元建模方法以及附加阻尼结构动态特性的有限元分析方法。在此基础上,又以强迫振动响应最小为优化... 详细信息

给出了一种适用于车身等复杂附加阻尼结构系统的有限元建模和动态特性分析方法,包括附加自由阻尼薄壁结构和附加阻尼材料粘弹性特性的有限元建模方法以及附加阻尼结构动态特性的有限元分析方法。在此基础上,又以强迫振动响应最小为优化设计目标,给出了一个附加阻尼结构的拓扑优化设计方法,包括优化设计问题的列式和适用的求解算法。通过对一个简单薄壁构件和一个车身地板上的附加阻尼结构的拓扑优化设计,验证了提出的有限元分析和拓扑优化设计方法的有效性。

关键词：附加阻尼有限元分析拓扑优化车身结构

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风挡玻璃对车身结构刚度影响的研究

汽车工程 2014年第12期36卷 1539-1545页

作者：王超吕振华吕毅宁清华大学汽车工程系北京100084 中国船级社技术研究开发中心北京100007

首先研究白车身(BIW)和带有风挡玻璃的车身结构(BIP)的有限元模型的构建技术,进而分析了风挡玻璃对车身结构静弯曲刚度和静扭转刚度的影响。接着,通过对BIW和BIP车身结构进行固有振动特性分析,揭示了风挡玻璃对车身结构动刚度的影响。最... 详细信息

首先研究白车身(BIW)和带有风挡玻璃的车身结构(BIP)的有限元模型的构建技术,进而分析了风挡玻璃对车身结构静弯曲刚度和静扭转刚度的影响。接着,通过对BIW和BIP车身结构进行固有振动特性分析,揭示了风挡玻璃对车身结构动刚度的影响。最后,对车身结构的接头刚度性能进行了分析和评价,并总结了风挡玻璃对车身接头结构承载特性的影响规律。

关键词：风挡玻璃白车身刚度有限元法

车身结构中焊点布置的分区拓扑优化设计方法研究

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计算力学学报 2010年第4期27卷 648-654页

作者：吕毅宁吕振华清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

焊点布置的设计对于车身结构的强度、刚度、NVH特性和耐撞性等都有重要影响。针对一种紧凑型两厢轿车,分别以车身结构的刚度和低频固有振动特性为设计目标,对车身结构中的焊点布置进行了优化设计。通过对优化设计结果的理论分析和工程评... 详细信息

焊点布置的设计对于车身结构的强度、刚度、NVH特性和耐撞性等都有重要影响。针对一种紧凑型两厢轿车,分别以车身结构的刚度和低频固有振动特性为设计目标,对车身结构中的焊点布置进行了优化设计。通过对优化设计结果的理论分析和工程评价,对相关的优化设计问题定义的有效性和优化设计方法的适用性进行了分析。基于相关分析结论和车身结构设计经验,提出了一种新的车身结构焊点布置的分区拓扑优化设计方法,通过将车身划分为多个功能设计区域,可以采用分级优化设计的方法综合考虑车身结构的刚度和动态特性、耐撞性以及强度等多方面的性能要求。通过对一个实际轿车车身结构中焊点布置的重新优化设计,验证了提出的优化设计方法的有效性,同时表明该车身的现有焊点布置方案已接近最优设计。

关键词：拓扑优化多级优化多目标优化焊点布置车身结构

基于应变能分析的附加阻尼结构设计评价和准则优化方法

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振动工程学报 2010年第6期23卷 620-624页

作者：吕毅宁吕振华赵波王超清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 中国船级社技术研究开发中心北京100007

基于附加阻尼结构的模态应变能分析方法,对模态损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析,并推导了以模态损耗因子最大为设计目标的附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则。对此推广,又进一步对强迫振动条... 详细信息

基于附加阻尼结构的模态应变能分析方法,对模态损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析,并推导了以模态损耗因子最大为设计目标的附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则。对此推广,又进一步对强迫振动条件下结构的损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析。由此,建立了一种分别根据自由振动模态和强迫振动响应对附加阻尼结构设计进行分析评价的方法。基于附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则,还给出了一个附加阻尼结构的迭代优化设计方法。通过对一个车身地板附加阻尼结构的计算分析,验证了提出的分析评价和优化设计方法的有效性。

关键词：附加阻尼应变能分析灵敏度分析结构优化设计车身结构

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基于坐标变换与距离测定的三线摆方法

清华大学学报（自然科学版） 2007年第5期47卷 703-706页

作者：侯之超吕毅宁劳耀新刘丹徐石安清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

针对传统测试方法的局限,提出一种改进的三线摆方法。该方法无需角度测量即可同时测定复杂刚体或结构的10个惯性参数,包括1个质量、3个质心坐标、6个转动惯量与惯性积参数。介绍运用三线摆测定惯性参数的原理、基本关系式与关键步骤,包... 详细信息

针对传统测试方法的局限,提出一种改进的三线摆方法。该方法无需角度测量即可同时测定复杂刚体或结构的10个惯性参数,包括1个质量、3个质心坐标、6个转动惯量与惯性积参数。介绍运用三线摆测定惯性参数的原理、基本关系式与关键步骤,包括利用配重辅助姿态调整、测定距离以确定空间点坐标以及计算坐标变换矩阵。说明了测试误差的构成,并提出误差评价指标。测试实例显示,该方法具有足够精度,且因避免了角度测量而具有更高的效率。

关键词：惯性参数测量三线摆质心惯量矩阵坐标变换