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使用等效线性静载荷的薄壁结构耐撞性的有效拓扑优化方法

任纯、闵海涛、马天飞、王方泉

用于非线性动态响应结构优化的等效静载荷方法在大变形碰撞工况下可能会失败，因为拓扑优化时等效静载荷大多超出线性范围，导致单元柔度高等数值缺陷。为了克服上述缺点，利用新定义的等效线性静载荷，提出了一种考虑减少碰撞的大变形和塑性屈曲的耐碰撞性先进结构拓扑优化方法。等效线性静载荷可以自适应缩放，以保证拓扑优化在线性范围内进行。在每个周期，执行碰撞模拟，并通过自适应位移缩放因子缩放具有最大应变能的时间步的非线性节点位移矢量。将线性刚度矩阵与缩放节点位移矢量相乘产生的等效线性静载荷纳入拓扑优化中，可以保证拓扑优化保持在线性范围内，进一步解决数值不稳定问题。重复该过程直到满足收敛标准。通过解决考虑碰撞引起的塑料屈曲的碰撞盒的耐撞性拓扑优化以确定碰撞触发器的位置和轮廓来评估所提出方法的有效性。结果表明，该方法能够有效解决薄壁结构大变形耐撞拓扑优化问题，为碰撞箱碰撞触发器的设计提供了可行的策略。随着汽车保有量的不断增加，节能和安全成为汽车发展的主要挑战。车辆轻量化技术和结构耐撞设计已成为应对这些挑战的重要技术手段。薄壁结构由于质量轻、成本低、能够有效消散碰撞时的大量冲击动能，被广泛应用于汽车缓冲系统的吸能结构中，以吸收碰撞能量，提高车辆安全性。 .1,
2,3 除了耐撞性外，其经济性、环保性、可维护性也很重要。结构的材料、尺寸和截面形状是影响结构耐撞性的重要因素。 4 研究了填充材料对不同截面泡沫填充管耐撞性的影响，如圆形泡沫填充管。管,5,6方管,7-10单管和双管多边形管,11锥形管,12-14多室管,15波纹管,16,17椭圆管,18,19双帽管,20星形多边形管，21等。此外，为了减轻重量，同时保持原始管的机械性能，薄壁结构中引入了图案化窗口22-24和圆形不连续点25,26。最近，分析了孔作为挤压引发剂对双管铝型材耐撞性能的影响。27此外，在薄壁结构设计中，采用了一系列新颖的优化算法，如尺寸优化、28,29形状优化、 30,31 拓扑优化、32,33 多目标优化、18,19 基于多目标可靠性的设计优化、34,35 和基于多目标鲁棒性的设计优化14,36 已被提出。这些方法提供了一系列强大的工具来设计复杂的工程结构，以满足不同的设计要求。然而，在实践中，确定这些不连续性的位置和形状非常重要且具有挑战性。在薄壁结构设计中，提出了尺寸优化、28,29形状优化、30,31拓扑优化、32,33多目标优化、18,19基于可靠性的多目标设计等一系列新颖的优化算法优化，34,35 和基于鲁棒的多目标设计优化14,36 已经被提出。这些方法提供了一系列强大的工具来设计复杂的工程结构，以满足不同的设计要求。然而，在实践中，确定这些不连续性的位置和形状非常重要且具有挑战性。在薄壁结构设计中，提出了尺寸优化、28,29形状优化、30,31拓扑优化、32,33多目标优化、18,19基于可靠性的多目标设计等一系列新颖的优化算法优化，34,35 和基于鲁棒的多目标设计优化14,36 已经被提出。这些方法提供了一系列强大的工具来设计复杂的工程结构，以满足不同的设计要求。然而，在实践中，确定这些不连续性的位置和形状非常重要且具有挑战性。35 和基于多目标稳健的设计优化14,36 已经被提出。这些方法提供了一系列强大的工具来设计复杂的工程结构，以满足不同的设计要求。然而，在实践中，确定这些不连续性的位置和形状非常重要且具有挑战性。35 和基于多目标稳健的设计优化14,36 已经被提出。这些方法提供了一系列强大的工具来设计复杂的工程结构，以满足不同的设计要求。然而，在实践中，确定这些不连续性的位置和形状非常重要且具有挑战性。