大變形結構耐撞性分析優(yōu)化及應用技術研究.pdf

1、大變形結構主要指交通運輸業(yè)中的車輛，其在碰撞中導致的安全性問題一直都是重要的研究方向，如何加強車輛大變形結構的耐撞性能成為了安全性研究領域里的重要一環(huán)。金屬薄壁構件作為大變形結構中最重要的耐撞性元件，在碰撞沖擊中的力學性能表現(xiàn)與其幾何尺寸、截面形狀等因素緊密關聯(lián)。因此，本文通過研究薄壁構件與以上因素的關系，基于顯示有限元技術、響應面近似模型及漸近結構優(yōu)化法對薄壁構件和桁架結構進行了耐撞性優(yōu)化設計。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于響

2、應面近似理論，對薄壁構件的耐撞性進行了幾何尺寸優(yōu)化研究。對薄壁方管撞擊剛性墻問題進行有限元模擬，得到碰撞力-位移曲線，用數(shù)值理論解檢驗了模型準確性；以比吸能為目標函數(shù)，建立管厚t和截面邊長b的四次響應模型。通過擬合計算獲得了比吸能最優(yōu)解。通過與有限元計算值的誤差比對，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在薄壁方管基礎上，考慮耐撞性及輕量化需求，設計了四元胞和四凸緣兩種截面形式的薄壁方管。通過優(yōu)化設計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比，兩種截面管件的比吸能均大幅提高，而四元胞截面相對具有更好吸能效果，表明選擇合適截面形狀可提高構件的耐撞性能。⑶基于漸進結構優(yōu)化法，對受軸向沖擊載荷的桁架結構進行耐撞性拓撲優(yōu)化。通過有限元模擬得到桁架結構的應變能及變形，以結構各單元與最大應變能的比值來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。通過算例表明，運用漸進結構優(yōu)化法對桁架結構開展拓撲優(yōu)化是可行的。⑷以大客車側翻耐撞性分析優(yōu)化為例

4、，利用前文研究成果，將薄壁構件的尺寸、形狀優(yōu)化及桁架結構的拓撲優(yōu)化方法運用到客車車身結構分析優(yōu)化中，取得了良好效果。提出了一種含特定形狀貼板加強的立柱薄壁梁結構。通過與薄壁方管、貼板薄壁方管和泡沫鋁填充方管的仿真結果對比，證明該結構具有更好耐撞性能?；陧憫娣ǎ瑢Φ葟姸荣N板方管進行形狀參數(shù)優(yōu)化，獲得了比吸能最優(yōu)解?？勺鳛榭蛙囓嚿砹⒅脑鰪姌嫾?，具有較高推廣價值。建立了一套關于大客車側翻的大變形結構耐撞性優(yōu)化設計系統(tǒng)，通過有限元建模、仿