大變形結(jié)構(gòu)耐撞性分析優(yōu)化及應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、大變形結(jié)構(gòu)主要指交通運(yùn)輸業(yè)中的車(chē)輛，其在碰撞中導(dǎo)致的安全性問(wèn)題一直都是重要的研究方向，如何加強(qiáng)車(chē)輛大變形結(jié)構(gòu)的耐撞性能成為了安全性研究領(lǐng)域里的重要一環(huán)。金屬薄壁構(gòu)件作為大變形結(jié)構(gòu)中最重要的耐撞性元件，在碰撞沖擊中的力學(xué)性能表現(xiàn)與其幾何尺寸、截面形狀等因素緊密關(guān)聯(lián)。因此，本文通過(guò)研究薄壁構(gòu)件與以上因素的關(guān)系，基于顯示有限元技術(shù)、響應(yīng)面近似模型及漸近結(jié)構(gòu)優(yōu)化法對(duì)薄壁構(gòu)件和桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了耐撞性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于響

2、應(yīng)面近似理論，對(duì)薄壁構(gòu)件的耐撞性進(jìn)行了幾何尺寸優(yōu)化研究。對(duì)薄壁方管撞擊剛性墻問(wèn)題進(jìn)行有限元模擬，得到碰撞力-位移曲線，用數(shù)值理論解檢驗(yàn)了模型準(zhǔn)確性；以比吸能為目標(biāo)函數(shù)，建立管厚t和截面邊長(zhǎng)b的四次響應(yīng)模型。通過(guò)擬合計(jì)算獲得了比吸能最優(yōu)解。通過(guò)與有限元計(jì)算值的誤差比對(duì)，表明本文提出的薄壁管件耐撞性尺寸優(yōu)化方法是精確有效的。⑵在薄壁方管基礎(chǔ)上，考慮耐撞性及輕量化需求，設(shè)計(jì)了四元胞和四凸緣兩種截面形式的薄壁方管。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到了兩種截面形式

3、的最優(yōu)模型和參數(shù)。與薄壁方管的仿真對(duì)比，兩種截面管件的比吸能均大幅提高，而四元胞截面相對(duì)具有更好吸能效果，表明選擇合適截面形狀可提高構(gòu)件的耐撞性能。⑶基于漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法，對(duì)受軸向沖擊載荷的桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐撞性拓?fù)鋬?yōu)化。通過(guò)有限元模擬得到桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能及變形，以結(jié)構(gòu)各單元與最大應(yīng)變能的比值來(lái)定義材料的利用效率，以比吸能判定桁架是否滿足優(yōu)化要求。通過(guò)算例表明，運(yùn)用漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法對(duì)桁架結(jié)構(gòu)開(kāi)展拓?fù)鋬?yōu)化是可行的。⑷以大客車(chē)側(cè)翻耐撞性分析優(yōu)化為例

4、，利用前文研究成果，將薄壁構(gòu)件的尺寸、形狀優(yōu)化及桁架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法運(yùn)用到客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化中，取得了良好效果。提出了一種含特定形狀貼板加強(qiáng)的立柱薄壁梁結(jié)構(gòu)。通過(guò)與薄壁方管、貼板薄壁方管和泡沫鋁填充方管的仿真結(jié)果對(duì)比，證明該結(jié)構(gòu)具有更好耐撞性能。基于響應(yīng)面法，對(duì)等強(qiáng)度貼板方管進(jìn)行形狀參數(shù)優(yōu)化，獲得了比吸能最優(yōu)解?？勺鳛榭蛙?chē)車(chē)身立柱的增強(qiáng)構(gòu)件，具有較高推廣價(jià)值。建立了一套關(guān)于大客車(chē)側(cè)翻的大變形結(jié)構(gòu)耐撞性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)有限元建模、仿