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基于晶格缺陷的谷极化三维弹性声子晶体的拓扑界面传播特性

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科学通报 2022年第12期67卷 1337-1346页

作者：张杰夏百战湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

晶格缺陷(包括旋错和位错等)广泛存在于各种材料,并呈现出优异的物理和力学性能.在经典波动体系,晶格缺陷态首先应用于二维光学系统,实现了晶格缺陷激发的谷极化界面态和束缚态.本文设计了一种三维弹性声子晶体,其单胞在第一布里渊区的... 详细信息

晶格缺陷(包括旋错和位错等)广泛存在于各种材料,并呈现出优异的物理和力学性能.在经典波动体系,晶格缺陷态首先应用于二维光学系统,实现了晶格缺陷激发的谷极化界面态和束缚态.本文设计了一种三维弹性声子晶体,其单胞在第一布里渊区的K-H方向线性简并.打破单胞的镜像对称性,该三维弹性声子晶体沿第一布里渊区K-H方向的简并线打开而形成完全带隙,激发出谷极化量子霍尔效应.将晶格缺陷态引入具有谷极化量子霍尔效应的三维弹性声子晶体,晶格畸变导致单胞谷极化拓扑相反转而形成界面,实现了弹性波在三维弹性声子晶体的稳健界面传播.基于晶格缺陷的谷极化三维弹性声子晶体拓扑界面态的实现,突破了传统经典波动系统拓扑波导设计的局限性,为三维复杂拓扑波导器件设计提供了良好的技术支撑.

关键词：三维弹性声子晶体谷极化量子霍尔效应晶格缺陷拓扑界面态

多交叉曲梁簧片柔性铰链的力学建模与性能分析

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中国机械工程 2023年第3期34卷 269-276,286页

作者：陈鑫刘江南龙汪鹏吕剑文湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对直梁型多交叉簧片柔性铰链难以兼顾大转角、低刚度的问题,设计了一种多交叉曲梁簧片柔性铰链。采用圆弧曲梁簧片减小变形应力和转动刚度,在纯转矩驱动条件下具有高转动精度和大转角行程。推导了圆弧曲梁簧片的变形应力计算方程,建... 详细信息

针对直梁型多交叉簧片柔性铰链难以兼顾大转角、低刚度的问题,设计了一种多交叉曲梁簧片柔性铰链。采用圆弧曲梁簧片减小变形应力和转动刚度,在纯转矩驱动条件下具有高转动精度和大转角行程。推导了圆弧曲梁簧片的变形应力计算方程,建立了柔性铰链的大变形力学分析模型,并通过转动刚度实验和变形应力仿真计算验证了理论模型的准确性。进一步分析了半径系数、簧片曲率和位形角等设计变量对柔性铰链驱动转矩和变形应力的影响关系,提出了同时减小转动刚度和变形应力的设计方案,确定了使柔性铰链获得零刚度特性和负刚度特性的设计变量组合。所设计的柔性铰链结构及其性能分析结果可为新型大行程柔性铰链的设计提供参考。

关键词：柔性铰链圆弧曲梁簧片大行程转动刚度最大应力

并联封闭式挤压油膜阻尼器的多孔质可倾瓦轴承性能分析与试验验证

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机械工程学报 2023年第1期59卷 151-161页

作者：王建伟李航吴元辉范嘉辉冯凯湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

鉴于封闭式挤压油膜阻尼器(Hermetically sealed squeeze film damper,HSFD)良好的阻尼性能,并联HSFD的多孔质可倾瓦轴承(Porous tilting pad bearing,PTPBs)有望用于兆瓦级涡轮机械,具有广泛的应用前景。呈现了一种HSFD等效刚度和等效... 详细信息

鉴于封闭式挤压油膜阻尼器(Hermetically sealed squeeze film damper,HSFD)良好的阻尼性能,并联HSFD的多孔质可倾瓦轴承(Porous tilting pad bearing,PTPBs)有望用于兆瓦级涡轮机械,具有广泛的应用前景。呈现了一种HSFD等效刚度和等效阻尼的计算方法,该方法成功体现了阻尼器刚度和阻尼的“频率依赖”特性。将HSFD与多孔质瓦块模型耦合建立了该轴承的综合理论模型,并进一步验证了该模型的正确性。最后研究了供气压力、轴承间隙以及是否安装HSFD等对轴承静动态特性的影响。结果表明,HSFD的存在大幅提高了轴承的阻尼水平和稳定性。

关键词：挤压油膜阻尼器阻尼性能理论模型多孔质可倾瓦轴承静动态特性

磁气负载比对箔片-磁力混合轴承支承特性及转子动力学特性的影响

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中国机械工程 2023年第11期34卷 1287-1295,1305页

作者：雷新沛冯利博张航冯凯湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

箔片-磁力混合轴承是一种能降低箔片轴承起飞前的摩擦损耗且可改善磁轴承高速时的承载和动力学性能的新型高性能主动控制型轴承。提出了一种箔片-磁力混合轴承的设计方法,设计并搭建箔片-磁力混合轴承支承特性实验台和箔片-磁力混合轴... 详细信息

箔片-磁力混合轴承是一种能降低箔片轴承起飞前的摩擦损耗且可改善磁轴承高速时的承载和动力学性能的新型高性能主动控制型轴承。提出了一种箔片-磁力混合轴承的设计方法,设计并搭建箔片-磁力混合轴承支承特性实验台和箔片-磁力混合轴承转子实验台,实验探究了磁气负载比(即气体箔片轴承和主动磁轴承之间的载荷分配比)对箔片-磁力混合轴承支承特性和转子动力学特性的影响。实验结果表明:箔片-磁力混合轴承比箔片轴承的总体静态刚度和刚度变化率有所提高。箔片-磁力混合轴承结构刚度随频率的提高而增大,等效黏性阻尼随频率的提高呈现先降后增的趋势。此外,合适的负载比可以降低起飞转速,改善摩擦损耗,抑制次频振,有利于提高转子的高速稳定性。

关键词：箔片-磁力混合轴承磁气负载比支承特性转子动力学

锂离子电池机械滥用失效机理及仿真模型研究进展

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汽车工程 2022年第4期44卷 465-475,559页

作者：刘首彤黄沛丰白中浩湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410084

本文中聚焦机械滥用下的动力电池安全研究,总结和分析了锂离子电池在压痕、针刺和压缩等机械滥用条件下的失效机理,并详细阐述了目前针对电池机械滥用仿真的多种分析模型。最后对未来关于锂离子电池机械滥用失效机理、仿真模型和安全设... 详细信息

本文中聚焦机械滥用下的动力电池安全研究,总结和分析了锂离子电池在压痕、针刺和压缩等机械滥用条件下的失效机理,并详细阐述了目前针对电池机械滥用仿真的多种分析模型。最后对未来关于锂离子电池机械滥用失效机理、仿真模型和安全设计方面的研究做出展望。

关键词：锂离子电池机械滥用失效机理仿真模型

基于新型声固耦合方法的汽车振动噪声响应分析

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机械工程学报 2022年第13期58卷 137-146页

作者：崔向阳贺煜峰胡鑫湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对传统基于有限元的声固耦合分析方法由于色散误差过大仅适用于低频分析的问题,耦合声学梯度加权有限元法(Gradient-weighted finite element method,GW-FEM)和基于虚拟中心点的离散剪切间隙板壳单元(Centralpoint-based discrete she... 详细信息

针对传统基于有限元的声固耦合分析方法由于色散误差过大仅适用于低频分析的问题,耦合声学梯度加权有限元法(Gradient-weighted finite element method,GW-FEM)和基于虚拟中心点的离散剪切间隙板壳单元(Centralpoint-based discrete shear gap method,CPDSG),发展了一种精确、高效的新型声固耦合分析方法 GW/CPDSG。基于梯度加权有限元法对声压梯度进行加权重构,采用基于虚拟中心点的离散剪切间隙板壳单元重构板壳单元的剪切应变场,并通过耦合界面处声场和结构场的相容性和平衡条件最终建立系统的耦合方程。将所建立的耦合模型应用于汽车乘员舱声固耦合系统频率响应的分析,数值结果表明,GW/CPDSG方法对中低频声固耦合问题的预测精度显著高于有限元/有限元耦合方法,尤其是对复杂系统声固耦合响应的预测更是表现出了良好的适应性和可靠性,可有效提升可分析频率的上限,降低大规模问题的计算成本,在实际工程问题中具有广阔的应用前景。

关键词：声学壳结构声固耦合基于虚拟中心点的离散剪切间隙法梯度加权有限元法

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基于增材制造各向异性的强度约束拓扑优化

中国机械工程 2022年第19期33卷 2372-2380,2393页

作者：何智成杨丁丁姜潮伍毅江和昕湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能,为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求,提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数,... 详细信息

增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能,为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求,提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数,通过权重因子构建了包含失效系数约束的目标函数。详细求解了优化灵敏度公式,并采用敏度归一化等数值方法稳定优化历程。典型算例表明,所提方法可有效抑制高失效风险区域以保证结构强度,且在材料各向异性强度假设下可获得更优于von-Mesis应力相关设计的结果。此外,优化结果高度依赖于各向异性程度与材料堆叠角度参数的变化,因此合理的调整将有助于优化结构性能。

关键词：增材制造拓扑优化各向异性强度双向渐进结构优化法 Tsai-Hill失效系数

行人碰撞事故中颈部肌肉主动力对头部损伤的影响

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汽车工程 2022年第3期44卷 385-391,411页

作者：李凡叶铭杰黄巍聂进谭明钢湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

本文旨在研究不同碰撞速度和行人步态条件下颈部肌肉主动力对行人头部损伤的影响。首先,采用湖南大学头颈HHNM-Ⅲ模型,取代LSTC假人模型头颈部分,构成行人混合假人模型并运用尸体实验数据验证该混合模型的有效性。然后运用该模型进行仿... 详细信息

本文旨在研究不同碰撞速度和行人步态条件下颈部肌肉主动力对行人头部损伤的影响。首先,采用湖南大学头颈HHNM-Ⅲ模型,取代LSTC假人模型头颈部分,构成行人混合假人模型并运用尸体实验数据验证该混合模型的有效性。然后运用该模型进行仿真,以分析不同碰撞速度下,撞击侧腿后摆和撞击侧腿前迈两种行人步态对行人头部损伤的影响。结果表明:在低速碰撞下,颈部肌肉会降低头部的运动幅度,但会使头部损伤风险增大;撞击侧腿后摆步态下的行人头部损伤比撞击侧腿前迈的步态严重;在高速碰撞条件下,颈肌对头部损伤的影响较小。

关键词：行人碰撞事故行人头部损伤颈部肌肉主动力

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基于改进BP神经网络的智能车纵向控制方法

汽车工程 2022年第8期44卷 1162-1172页

作者：梁旺秦兆博陈亮边有钢胡满江湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对传统PI控制在车辆速度跟踪过程中参数固定且不易整定的问题,提出了一种基于改进BP神经网络的智能汽车纵向控制方法。分别构建驱/制动模式下的BP神经网络,针对BP神经网络初始参数选取困难及反向自学习存在梯度消失等问题,利用粒子群... 详细信息

针对传统PI控制在车辆速度跟踪过程中参数固定且不易整定的问题,提出了一种基于改进BP神经网络的智能汽车纵向控制方法。分别构建驱/制动模式下的BP神经网络,针对BP神经网络初始参数选取困难及反向自学习存在梯度消失等问题,利用粒子群算法和批处理归一化方法对BP神经网络进行改进,最终实现PI控制参数的动态自整定。通过Carsim/Simulink联合仿真与实车测试对该方法进行了验证,结果表明:相比于传统PI控制,所提出的纵向控制方法在实现基于误差快速调整参数的同时提高了车辆纵向控制精度。

关键词：智能汽车速度跟踪控制 BP神经网络自整定粒子群算法