新型连续梯度变截面薄壁圆管耐撞性多目标优化设计

摘要

提出一种新型连续梯度变截面薄壁圆锥管(FGTT管),其截面直径沿其轴向以一种函数梯度的方式连续非线性变化,较传统等截面薄壁圆管(圆柱管)、连续线性变截面薄壁圆管(圆锥管)具有更好的可设计性及更大的吸能潜力,工程应用价值较大。首先,建立了FGTT管轴向冲击有限元数值模型并进行了精度验证,以此为基础采用有限元数值模拟方法分析比较了FGTT管与传统圆锥管轴向冲击吸能特性,并分析了上下直径差、梯度指数、冲击速度对FGTT管轴向冲击吸能特性影响规律;在此基础上,以FGTT管壁厚、上端半径和梯度指数作为设计变量,以其轴向冲击比吸能和初始峰值力为优化目标,结合拉丁超立方试验设计、响应面近似模型及NSGA-Ⅱ多目标优化算法对其进行了耐撞性多目标优化设计。优化结果表明:优化后的FGTT结构与初始常规圆锥形结构相比,初始峰值力得到了很大程度的改善,下降了45.4%;比吸能较原结构提高了13.5%;与原结构相比,该FGTT结构的质量减少51.031%,取得了良好的优化设计效果。