带有规则纹路薄壁管的抗撞性分析与优化设计

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1、北京工业大学硕士学位论文带有规则纹路薄壁管的抗撞性分析与优化设计姓名：薛贵林申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：隋允康;杜家政20090401摘要汽车、火车、轮船和飞机等交通工具在发生碰撞事故时，其吸能元件吸收了大部分能量，因此其吸能元件的抗撞性能已经越来越被广大的设计人员重视。吸能元件的好与坏直接关系到上述交通工具的好与坏，同时也关系到使用者的人身安全。目前抗撞性领域基本上都采用光滑薄壁壳作为吸能元件，而对带有规则纹路薄壁壳的研究很少。传统的抗撞性研究方法都是通过重复试验来进行设计改进，其工程成本极高，研究周期也很长。为此本文应用了目前高性能的计算机技术和有限元数值模拟技术，结合结

2、构优化方法，从以下几个主要方面对薄壁结构进行了抗撞性数值分析与优化设计。(1)应用大型有限元软件ANSYS／LS．DYNA的参数化建模方法，建立了薄壁管数值仿真模型，并对其进行了大量的数值模拟计算，分析其在冲击载荷下吸能的变化情况。(2)以多边形截面光滑薄壁管和第一类规则纹路薄壁管的最大吸能为结构优化目标，采用了离散变量搜索方法一斐波那契搜索法，对两种薄壁结构进行了优化求解。(3)以第二类规则纹路薄壁管的最大吸能为结构优化目标，采用了响应面的方法拟合了其目标函数，并采用二次规划算法对优化模型进行求解。(4)为方便设计人员对规则纹路薄壁进行优化设计，编制了带有设计界面的绿色优化设计软件，极大

3、地提高了设计者的优化效率。通过应用数值模拟与结构优化对规则纹路薄壁管进行抗撞性优化设计表明，带有规则纹路薄壁管在抗撞性上比光滑薄壁管有不可比拟的优良性能。此研究内容为寻求优良的吸能元件方面提供了一个新的方向，同时为提高各种交通工具的抗撞性吸能提供了重要的指导作用。关键词：抗撞性；规则纹路薄壁管；数值模拟；结构优化；响应面法；斐波那契AbstractAnti—impactstructuralpropertiesofenergyabsorbingunithavebeenattractingmoreandmoreemphasisinfieldsofcollisionsaccidentssucha

4、shappinginautos，trains，platesandothervehicles．Thecapabilityofenergyabsorbingunitshasadirectrelationshipnotonlywiththequalityofthevehiclesmentionedabovebutalsowithsecurityoftheusers．Tillnow，mostofenergyabsorbingunitsareofsmoothwalledshell，theoneswithregularfoldingpatterns，however,havebeennotadopted

5、andstudiedSOabroad．Toimprovedesignbyrepeatingexperiments，mostofthetraditionalresearchingmethodsofanti·impactcharacteristicarefeaturedwithobviousshortagessuchashi曲costandlongstudyperiod．Usingtechnologyofhigh-poweredcomputerandfiniteelementnumericalsimulation勰wellthemethodofstructuraloptimization，th

6、ispaper，bycontraSt,haSmuchsuperiority．Themaininvestigatingaspectsare鹊follows：(1)NumericalsimulationmodelofthinshellhaSbeenestablishedbaSedonANSYS／LS—DYNAparametricmodelingmethod．Numericalsimulationcalculationhascarriedthroughfollowingtoanalyzingchangesofabsorbedenergy．(2)Takingthemaximumabsorbeden

7、ergyastheoptimizationobjective；adoptingdiscretevariablesearchingmethod-fibonaecisearchingmethod,thispaperhasoptimizedtwokindsofthinwallpipes—theonewithpolygonsectionandtheonewiththefirstkindofthetlliIlwalltubewit