Theoretical Prediction and Optimization for Crashworthiness of Multi-Cell Tubes under Impact Loading.pdf

1、對(duì)結(jié)構(gòu)耐撞性而言，通常需要考慮兩個(gè)分析指標(biāo)，即壓潰載荷和能量吸收。隨之而來(lái)的問(wèn)題就是如何在沖擊載荷下預(yù)測(cè)平均壓潰力和提高結(jié)構(gòu)的吸能特性。本文主要推導(dǎo)了幾種多元胞管在沖擊載荷下的平均壓潰力(Pm)和壓縮響應(yīng)，并對(duì)多元胞管進(jìn)行了耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　第一部分，推導(dǎo)了多元胞方形管或三角管在壓潰載荷下的變形理論，將多胞管的吸能單元定義為凡種基本形狀單元：直角形、2-形、3-形、4-形、5-形、6-形、T字形和十字形?；?/p>

2、SSFE理論，在動(dòng)態(tài)沖擊載荷下對(duì)角單胞進(jìn)行碰撞分析，并預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)中各種吸能單元的變形能?；跀?shù)值模擬和仿真分析，對(duì)多元胞管進(jìn)行了抗撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和驗(yàn)證。
　　第二部分，研究了在軸向沖擊載荷作用下的三類多元胞方管，推導(dǎo)了平均壓潰力Pm的理論表達(dá)式，并考慮了慣性的影響?；跀?shù)值模擬，給出了三類多元胞方管的穩(wěn)定的漸進(jìn)疊縮變形方式。采用數(shù)值仿真和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)三種類型多元胞方管進(jìn)行了抗撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)。方管的邊長(zhǎng)(a)和

3、壁厚(t)被定義為設(shè)計(jì)變量，單位質(zhì)量的吸能量(SEA)和最大碰撞力(PCF)被定義為優(yōu)化目標(biāo)，利用回歸分析構(gòu)造SEA與PCF的多項(xiàng)式函數(shù)表達(dá)，采用優(yōu)化算法得到Pareto解集。最后，將理論預(yù)測(cè)和數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究。
　　第三部分，研究了軸向沖擊載荷作用下三種類型多元胞三角管的壓潰變形情況，并進(jìn)行耐撞性優(yōu)化。推導(dǎo)了在軸向沖擊載荷作用下平均壓潰力Pm的理論表達(dá)式，該理論公式同時(shí)考慮了慣性因素和動(dòng)態(tài)增強(qiáng)系數(shù)的影響。以邊長(zhǎng)(a)和壁

4、厚(t)為設(shè)計(jì)變量，以SEA和PCF為主要優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行了抗撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)非線性有限元軟件ANSYS/LS-DYNA來(lái)獲得樣本點(diǎn)處的SEA和PCF值，通過(guò)響應(yīng)面法來(lái)求得SEA和PCF的多項(xiàng)式回歸模型。采用Deb和Gupta方法求得Pareto曲線中的拐點(diǎn)。將理論結(jié)果與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了基于回歸分析的耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性。
　　第四部分，研究在斜沖擊載荷作用下的多元胞方管的壓潰響應(yīng)。推導(dǎo)了平均壓縮力、平均水平力與平均