薄壁構件的抗撞性優(yōu)化設計.pdf

1、安全、環(huán)保和節(jié)能是二十一世紀汽車設計研發(fā)所面臨的三大熱點問題，而如何提高車輛在碰撞事故中的抗撞性又成為汽車被動安全性分析中的一個關鍵環(huán)節(jié)，車身結構抗撞性研究主要研究車身吸能裝置對碰撞能量的吸收特性。而良好的吸能裝置要求碰撞動能應盡可能不可逆地轉換為變形能。因此，金屬薄壁構件作為最傳統(tǒng)、最有效的緩沖吸能裝置，在車身吸能體系中得到了最廣泛的應用。除構件本身的材料特性外，金屬薄壁構件的吸能特性還與橫截面形狀、壁厚等幾何參數(shù)密切相關，所以研究薄

2、壁構件的抗撞性與這些參數(shù)之間的關系己成為車身抗撞性優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)。近年來，金屬薄壁構件的抗撞性優(yōu)化設計取得了一系列成果，本文將在前人工作的基礎上，基于顯式有限元數(shù)值求解技術和響應面近似理論對一些特殊截面的薄壁構件進行抗撞性優(yōu)化設計。 本文首先綜述了抗撞性優(yōu)化問題的國內外研究現(xiàn)狀，并綜述了多目標抗撞性優(yōu)化問題的研究現(xiàn)狀、薄壁構件抗撞性優(yōu)化的研究現(xiàn)狀以及高吸能泡沫材料的研究現(xiàn)狀。然后基于顯式有限元數(shù)值求解技術，給出了在進行接觸一碰撞

3、問題的抗撞性優(yōu)化設計時所要用到的試驗設計取點技術和代理模型近似理論。隨后采用顯式有限元軟件LS-DYNA和響應面法等代理模型理論對一些特殊構形的直梁件進行了抗撞性優(yōu)化，并將研究構形擴展到了S形和V形的空間構件以及泡沫填充構件，從而使得研究結果更具實用性。 正方形截面和圓形截面薄壁構件是最傳統(tǒng)的薄壁吸能元件，Redhe，F(xiàn)orsberg，Nilsson和Kim等人都曾對正方形截面薄壁構件進行過抗撞性研究；Kurtaran，AVal

4、le，Lee和Lanzi等人先后對圓形截面的薄壁構件進行了抗撞性研究和優(yōu)化設計。本文在前人研究的基礎上，首先，以正方形截面薄壁構件的壁厚和截面寬度為設計變量，以結構的比吸能為優(yōu)化函數(shù)，對正方形截面的單元胞、兩元胞、三元胞和四元胞構形進行了抗撞性優(yōu)化設計，并得出了壁厚和截面寬度對這四種構形的吸能特性的影響規(guī)律。其次，對單元胞構形和三元胞構形的六邊形截面薄壁構件進行了抗撞性研究，并對四種構形的壁厚和截面尺寸進行了優(yōu)化設計。再次，對端部方錐形

5、和端部圓錐形薄壁構件進行了比吸能優(yōu)化，并對單錐形和共線雙錐形薄壁構件進行了多目標抗撞性優(yōu)化；同時還將研究問題擴展到空間結構，對薄壁構件的中性軸進行了S形和V形的多目標優(yōu)化設計。最后，對正方形截面泡沫填充薄壁構件和錐形泡沫填充薄壁構件也進行了抗撞性優(yōu)化設計。 通過本文的研究發(fā)現(xiàn)，用響應面法與顯式有限元分析相結合的數(shù)值求解技術來求解接觸-碰撞這樣的強非線性問題，不但計算效率高，而且還可以得到相對精確的擬合結果；對響應面擬合所得的目標