变强度薄壁直梁的抗撞性优化

作     者：常瑞 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘立忠

授予年度：2016年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：薄壁直梁 抗撞性 变强度 响应面模型 多目标优化 拓扑优化 

摘      要：汽车被动安全一直是汽车领域的一个重要课题。汽车在发生碰撞时,主要是通过车身吸能装置的变形来吸收碰撞动能。金属薄壁直梁是一种有效的吸能装置,在汽车车身结构中得到了广泛的应用。由于结构和材料是影响薄壁直梁抗撞性的两个关键因素,本文即从这两方面入手对金属薄壁直梁的抗撞性进行优化分析。首先,简要介绍数值模拟所用的显式有限元理论和抗撞性优化所用的试验设计和代理模型的基本理论。其次,采用分段式变强度板对薄壁直梁的抗撞性进行优化设计。针对所选取的软区长度、软区屈服强度、硬区屈服强度采用了拉丁超立方实验设计,并由此进行了仿真计算,构造出响应面近似模型;以吸能总量、初始峰值力为优化目标,采用遗传算法NSGA-Ⅱ进行多目标优化。结果表明,优化后薄壁直梁发生碰撞时,初始峰值力明显下降,吸能总量增加,抗撞性得到了明显提高。再次,以增加薄壁直梁的轴向刚度为目的,对薄壁直梁进行拓扑优化分析,根据拓扑优化的结果,在薄壁直梁的两侧壁上增加中央凹槽,形成一种新型结构薄壁直梁;为进一步提升新型结构薄壁直梁的抗撞性,在新型结构薄壁直梁的基础上,对其进行了尺寸优化,优化后薄壁直梁的抗撞性有了显著的提升。最后,应用变强度板对新型结构薄壁直梁进行抗撞性的优化设计,实现了抗撞性的提高。将三种优化方案进行对比分析,结果表明,变强度薄壁直梁的初始峰值力最小,变强度新型结构薄壁直梁的吸能总量最多。