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面向增材制造各向异性的结构拓扑与打印方向协同优化

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机械工程学报 2023年第17期59卷 220-231页

作者：江和昕何智成周恩临湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

增材制造技术的快速发展为拓扑优化产生的复杂设计提供了一种有效的制造手段。然而,与传统制造方式相比,由增材制造逐层打印工艺获得的结构通常表现为具有各向异性的刚度和强度特性,经验性地选择优化结构的打印方向忽略了工艺的影响,严... 详细信息

增材制造技术的快速发展为拓扑优化产生的复杂设计提供了一种有效的制造手段。然而,与传统制造方式相比,由增材制造逐层打印工艺获得的结构通常表现为具有各向异性的刚度和强度特性,经验性地选择优化结构的打印方向忽略了工艺的影响,严重限制增材制造结构性能。因此,提出一种结构拓扑与打印方向协同优化方法,用于各向异性材料模型下的构型及打印角设计,并通过改善各设计变量相互耦合导致的优化收敛不稳定问题,实现增材制造产品综合性能提升。首先,建立基于材料旋转角的各向异性等效刚度矩阵和基于Tsai-Hill失效准则的强度约束表达式。其次,引入拉格朗日乘数以同时考虑结构柔度与失效系数约束,并推导关于单元设计变量的灵敏度方程,以及开发权值混合方法进一步推导关于材料旋转角的解析解。最后,采用一系列数值算法及关键参数更新策略稳定优化历程。典型算例表明,所提方法可以有效地产生最佳拓扑结构和打印方向,在保证结构强度的同时显著提高刚度特性,且优化过程易于收敛。

关键词：增材制造拓扑优化各向异性材料失效准则打印方向

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基于多目标的高强度钢材料参数稳健反求方法

机械工程学报 2013年第12期49卷 24-31页

作者：李维逸王琥湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

研究表明,不同类型的先进高强度钢将呈现出不同的应变率效应,材料参数能否正确描述应变率效应直接影响到仿真的精度。因此,如何获取精确的材料参数是保证汽车碰撞仿真结果可靠性的前提。为此,在混合数值法的基础上,提出基于多目标优化... 详细信息

研究表明,不同类型的先进高强度钢将呈现出不同的应变率效应,材料参数能否正确描述应变率效应直接影响到仿真的精度。因此,如何获取精确的材料参数是保证汽车碰撞仿真结果可靠性的前提。为此,在混合数值法的基础上,提出基于多目标优化的材料参数稳健反求方法。该方法的特点在于:在保证反求精度的前提下,考虑试验设计中的不确定性,将试验稳定性作为除试验结果误差外的另一目标函数。此外,为了保证试验数据的客观性,同样采用反求技术对动态单向拉伸试验的结果进行滤波。为了验证该方法的有效性,采用多目标优化反求方法获取Johnson-Cook模型的材料参数,并通过碰撞试验和仿真对其进行验证。结果表明,该反求方法的结果具有足够的精度和稳健性。

关键词：材料参数反求方法稳健性多目标优化先进高强度钢

耗散结构与时空信息差意义上的数字化设计系统特性评价

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机械工程学报 2010年第21期46卷 137-142页

作者：刘子建艾彦迪王平韩瑞静湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

分析产品数字化设计系统的耗散结构特性,提出在这类系统中,普遍存在与系统有序性密切相关的时、空信息差,可以用以衡量系统演化的特性,从而成为评价产品数字化设计系统重要的序参量。基于信息熵理论给出时、空信息差量化计算方法,在此... 详细信息

分析产品数字化设计系统的耗散结构特性,提出在这类系统中,普遍存在与系统有序性密切相关的时、空信息差,可以用以衡量系统演化的特性,从而成为评价产品数字化设计系统重要的序参量。基于信息熵理论给出时、空信息差量化计算方法,在此基础上建立数字化设计系统有序性判别模型。通过引入支持'一元四体'产品信息模型的新型软件平台,改变产品数字化设计系统的产品建模原理和软件架构技术,以某汽车变速器中间轴为例,完成同一产品设计实例,对产品数字化设计系统的时、空信息差进行比较分析,验证了使用产品数字化设计系统有序性判别模型研究产品数字化设计系统演化方向的可行性。

关键词：产品数字化设计系统耗散结构时空信息差

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基于人工势场算法的智能车辆路径规划仿真

汽车工程 2017年第12期39卷 1451-1456页

作者：安林芳陈涛成艾国方威湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

将人工势场算法运用到智能车辆路径规划中,提出按照正弦避障换道方式以最小安全距离作为对称距离构建障碍点模型的方法,保证局部目标点处于对称轴线上,通过智能车辆行驶速度和转弯半径对转向角进行约束控制。最后,通过Prescan和Matlab... 详细信息

将人工势场算法运用到智能车辆路径规划中,提出按照正弦避障换道方式以最小安全距离作为对称距离构建障碍点模型的方法,保证局部目标点处于对称轴线上,通过智能车辆行驶速度和转弯半径对转向角进行约束控制。最后,通过Prescan和Matlab软件联合仿真,验证算法的可行性和准确性,仿真结果表明算法能规划出平滑的目标路径,实现智能车辆平稳安全的路径规划与跟踪控制。

关键词：人工势场算法避障换道局部路径规划

Determination of energy coupling to material in laser welding by a novel “sandwich” method

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2012年第7期22卷 1701-1710页

作者：张屹史如坤李力钧湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

A mathematical energy coupling model was developed to analyze the light transmission in the keyhole and energy distribution on the keyhole *** main characteristics of the model include：1） a prototype of the keyhole and the inverse Bremsstrahlung absorption coefficient in the keyhole plasma are obtained from the experiments;2） instead of using a parallel incident beam,a focused laser beam with real Gaussian intensity distribution is implemented;3） both Fresnel absorption and inverse Bremsstrahlung absorption during multiple reflections are *** calculation results show that the distribution of absorbed laser intensity by the keyhole wall is not *** maximum laser energy is absorbed by the bottom of the keyhole,although no rays irradiate directly onto the *** to analysis of beam focusing characteristics,the location of the focal plane plays a more important role in the laser energy absorption by the front wall than by the rear wall.

关键词： laser welding mathematical energy coupling model "sandwich" method keyhole

径向间隙及加工工艺对气体箔片轴承性能的影响

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航空动力学报 2016年第11期31卷 2773-2780页

作者：冯凯张俊王法义湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

为了分析轴承的加工工艺和径向间隙对轴承静态、动态性能的影响,设计搭建了静态、动态实验台,利用改变轴颈尺寸的方法研究不同径向间隙对气体箔片轴承(GFB)静态性能和动态性能的影响,还分别研究了不同波箔弹性结构、不同箔片材料和不同... 详细信息

为了分析轴承的加工工艺和径向间隙对轴承静态、动态性能的影响,设计搭建了静态、动态实验台,利用改变轴颈尺寸的方法研究不同径向间隙对气体箔片轴承(GFB)静态性能和动态性能的影响,还分别研究了不同波箔弹性结构、不同箔片材料和不同波箔热处理方式等因素对轴承性能的影响.结果表明:随着径向间隙减小,气体箔片轴承静刚度及其动态结构刚度增大,其等效黏性阻尼随着径向间隙的减小,出现先增大后减小的趋势.在工艺上箔片材料及波箔弹性结构对轴承性能的影响起重要作用.

关键词：气体箔片轴承径向间隙加工工艺静态刚度结构刚度等效黏性阻尼

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基于优先像素与卡尔曼滤波追踪的车道线检测

汽车工程 2016年第2期38卷 200-205,220页

作者：陈涛张洪丹陈东谭纯湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对车道线检测不能满足实时性与鲁棒性要求的问题,提出了一种新的车道线检测方法。基于R,G和B三原色在灰度图像中所占比例的多样性、车道线与道路的亮度差,将黄色、白色像素作为优先像素处理。首先通过图像的形态学礼帽算法去除大量噪... 详细信息

针对车道线检测不能满足实时性与鲁棒性要求的问题,提出了一种新的车道线检测方法。基于R,G和B三原色在灰度图像中所占比例的多样性、车道线与道路的亮度差,将黄色、白色像素作为优先像素处理。首先通过图像的形态学礼帽算法去除大量噪声,再经最大类间方差法(OTSU)将图像二值化,最终通过轮廓的筛选标注车道线,后续视频帧采用卡尔曼滤波追踪处理,确定新的感兴趣区域。本算法大大减少数据计算量,提高了处理效率,同时正确提取感兴趣区域,提高了算法的鲁棒性,降低车道线检测的误检率。

关键词：车道检测偏离车道优先像素最大类间方差法卡尔曼滤波追踪

基于改进型天棚阻尼控制算法的馈能式半主动油气悬架系统

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振动与冲击 2018年第14期37卷 168-174,207页

作者：周创辉文桂林湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

为了在改善车辆平顺性的同时获得较好的馈能效果,基于液-电馈能式油气悬架系统中液压马达排量对车身垂向加速度和馈能功率的影响,提出一种改进型天棚阻尼半主动控制算法。在馈能式油气悬架的1/4车辆模型中,以随机路面为激励信号,对被动... 详细信息

为了在改善车辆平顺性的同时获得较好的馈能效果,基于液-电馈能式油气悬架系统中液压马达排量对车身垂向加速度和馈能功率的影响,提出一种改进型天棚阻尼半主动控制算法。在馈能式油气悬架的1/4车辆模型中,以随机路面为激励信号,对被动控制、传统天棚阻尼半主动控制和改进型天棚阻尼半主动控制三种控制方算法的进行了仿真对比。结果表明:与另外两种控制算法相比,改进型天棚阻尼半主动控制算法有效地兼顾了车辆的平顺性的和悬架的馈能功率。

关键词：汽车工程天棚阻尼半主动悬架馈能悬架

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双排行星齿轮系统的齿轮优化修形

汽车工程 2018年第9期40卷 1118-1124页

作者：张容川周云山胡哓岚程建飞傅兵张飞铁湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

金属带式CVT中采用行星轮机构来实现前进挡与倒挡的切换,而双排行星轮机构因增加了一排行星轮导致系统自由度增加,激励也随之增加,从而增大了CVT在倒挡时的啸叫噪声。本文中以某款金属带式CVT为研究对象,通过噪声测试和阶次分析判断其... 详细信息

金属带式CVT中采用行星轮机构来实现前进挡与倒挡的切换,而双排行星轮机构因增加了一排行星轮导致系统自由度增加,激励也随之增加,从而增大了CVT在倒挡时的啸叫噪声。本文中以某款金属带式CVT为研究对象,通过噪声测试和阶次分析判断其倒挡噪声来源为行星齿轮系。为降低其倒挡时齿轮啸叫,对双排行星轮机构进行动力学分析。考虑了齿侧间隙,建立了非线性纯扭振模型,并以行星齿轮振动加速度方差为目标函数,采用遗传算法对行星齿轮修形量进行优化,并对优化后的齿轮进行实验验证。结果表明,齿轮优化修形提升了该CVT的声品质。

关键词：无级变速器双排行星齿轮系统非线性动力学分析齿轮啸叫齿轮修形遗传算法优化