Theoretical Prediction and Optimization for Crashworthiness of Multi-Cell Tubes under Impact Loading.pdf

1、對結構耐撞性而言，通常需要考慮兩個分析指標，即壓潰載荷和能量吸收。隨之而來的問題就是如何在沖擊載荷下預測平均壓潰力和提高結構的吸能特性。本文主要推導了幾種多元胞管在沖擊載荷下的平均壓潰力(Pm)和壓縮響應，并對多元胞管進行了耐撞性優(yōu)化設計。具體研究內容如下：
　　第一部分，推導了多元胞方形管或三角管在壓潰載荷下的變形理論，將多胞管的吸能單元定義為凡種基本形狀單元：直角形、2-形、3-形、4-形、5-形、6-形、T字形和十字形。基于

2、SSFE理論，在動態(tài)沖擊載荷下對角單胞進行碰撞分析，并預測結構中各種吸能單元的變形能?；跀?shù)值模擬和仿真分析，對多元胞管進行了抗撞性優(yōu)化設計，并對理論結果進行了對比和驗證。
　　第二部分，研究了在軸向沖擊載荷作用下的三類多元胞方管，推導了平均壓潰力Pm的理論表達式，并考慮了慣性的影響?；跀?shù)值模擬，給出了三類多元胞方管的穩(wěn)定的漸進疊縮變形方式。采用數(shù)值仿真和多目標優(yōu)化設計對三種類型多元胞方管進行了抗撞性優(yōu)化設計。方管的邊長(a)和

3、壁厚(t)被定義為設計變量，單位質量的吸能量(SEA)和最大碰撞力(PCF)被定義為優(yōu)化目標，利用回歸分析構造SEA與PCF的多項式函數(shù)表達，采用優(yōu)化算法得到Pareto解集。最后，將理論預測和數(shù)值分析結果進行對比研究。
　　第三部分，研究了軸向沖擊載荷作用下三種類型多元胞三角管的壓潰變形情況，并進行耐撞性優(yōu)化。推導了在軸向沖擊載荷作用下平均壓潰力Pm的理論表達式，該理論公式同時考慮了慣性因素和動態(tài)增強系數(shù)的影響。以邊長(a)和壁

4、厚(t)為設計變量，以SEA和PCF為主要優(yōu)化目標，進行了抗撞性優(yōu)化設計。通過非線性有限元軟件ANSYS/LS-DYNA來獲得樣本點處的SEA和PCF值，通過響應面法來求得SEA和PCF的多項式回歸模型。采用Deb和Gupta方法求得Pareto曲線中的拐點。將理論結果與數(shù)值結果進行對比，驗證了基于回歸分析的耐撞性優(yōu)化設計方法的有效性。
　　第四部分，研究在斜沖擊載荷作用下的多元胞方管的壓潰響應。推導了平均壓縮力、平均水平力與平均