• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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带有圆弧形凹槽金属薄壁圆管抗撞性优化设计

谭丽辉 徐涛 崔晓梅 张炜 赵世佳

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引用本文: 谭丽辉, 徐涛, 崔晓梅, 张炜, 赵世佳. 带有圆弧形凹槽金属薄壁圆管抗撞性优化设计[J]. 爆炸与冲击, 2014, 34(5): 547-553. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0547-07
Tan Li-hui, Xu Tao, Cui Xiao-mei, Zhang Wei, Zhao Shi-jia. Design optimization for crashworthiness of metal thin-walled cylinders with circular arc indentations[J]. Explosion And Shock Waves, 2014, 34(5): 547-553. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0547-07
Citation: Tan Li-hui, Xu Tao, Cui Xiao-mei, Zhang Wei, Zhao Shi-jia. Design optimization for crashworthiness of metal thin-walled cylinders with circular arc indentations[J]. Explosion And Shock Waves, 2014, 34(5): 547-553. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0547-07

带有圆弧形凹槽金属薄壁圆管抗撞性优化设计

doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0547-07
基金项目: 国家自然科学基金项目(50975121);吉林省科技发展计划项目(201101030);一汽集团科技创新项目(1332)
详细信息
    作者简介:

    谭丽辉(1977—), 女, 博士研究生, 讲师

  • 中图分类号: O389; TH123.1

Design optimization for crashworthiness of metal thin-walled cylinders with circular arc indentations

  • 摘要: 在金属薄壁圆管的基础上,引入圆弧形凹槽诱导结构并以其为研究对象,建立以凹槽数量及其半径为优化参数,以比吸能和压溃力效率为评价指标的多目标优化模型。分析研究均布设置诱导凹槽对结构吸能、最大峰值压溃力及压溃力曲线平稳性的影响。采用有限元软件LS-DYNA得到不同几何参数模型的碰撞响应,结合径向基函数法构造近似函数,并采用理想点法进行优化设计,得出使结构最优时的凹槽数量和半径,从而得到了理想的诱导凹槽优化结构。
  • 图  1  薄壁圆管模型

    Figure  1.  Analysis model of the thin-walled cylinder

    图  2  静态应力应变关系曲线

    Figure  2.  Relation between static stress and strain

    图  3  改进结构模型

    Figure  3.  The improved structural model

    图  4  比吸能与变量mr的变化关系

    Figure  4.  Specific energy absorption varied with m and r

    图  5  压溃力效率与变量mr的变化关系

    Figure  5.  Crushing force efficiency varied with m and r

    图  6  优化后薄壁结构模型

    Figure  6.  Optimized thin-walled structure models

    图  7  压溃力随压溃位移变化关系

    Figure  7.  Crushing force varied with crushing displacement

    图  8  总吸能随压溃时间变化关系

    Figure  8.  Total energy absorption varied with crushing time

    图  9  优化后构件叠缩变形

    Figure  9.  Progressive folding deformation of optimized component

    表  1  有限元模型结果与实验结果[7]对比

    Table  1.   Comparison of experimental result[7] and finife element model

    Fmax/kN E/kJ δmax/mm
    实验[7] 有限元 ε/% 实验[7] 有限元 ε/% 实验[7] 有限元 ε/%
    120.30 120.09 0.2 2.95 2.94 0.3 64.10 58.40 8.9
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    表  2  改进模型的有限元分析结果及实验值对比

    Table  2.   Comparison of the improved model between experiment and simulation

    m Fmax/kN Fm/kN η E/kJ χ/(kJ·kg-1)
    实验 有限元 实验 有限元
    0 120.30 120.09 50.36 0.420 0 2.95 2.94 55.60
    1 80.26 77.82 46.14 0.592 9 2.93 2.91 54.29
    2 91.63 88.39 42.48 0.480 6 2.87 2.90 53.90
    3 94.32 89.26 42.32 0.474 1 2.90 2.93 54.26
    4 90.53 87.12 40.92 0.469 7 2.91 2.94 54.24
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    表  3  单目标函数优化结果

    Table  3.   Optimums of single objective functions

    单目标函数 m r/mm χ/(kJ·kg-1) η
    max χ 1 0.800 54.29 0.592 9
    max η 4 1.198 51.94 0.682 5
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-04
  • 修回日期:  2013-06-03
  • 刊出日期:  2014-09-25

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