爆炸冲击下乘员下肢保护装置仿生设计与优化

摘要

车辆底部地雷和简易爆炸物的爆炸冲击将会直接危害乘员下肢安全。为此,以贝壳外形截面为原型,通过结构仿生原理设计了一种乘员下肢仿生保护装置。基于乘员约束系统局部等效模型,分析了传统双圆管、圆形肋骨、仿贝壳薄壁管、仿虾螯薄壁管、仿竹薄壁管及仿马尾茎薄壁管等6种保护装置的防护性能,并对下肢仿生保护装置的各结构参数进行了单因素分析,确定初步设计方案。以假人左右下胫骨轴向力为优化目标、保护装置总变形量为约束条件,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对仿生保护装置开展多目标优化,获取其防护性能最优的参数组合。研究表明:与未加装保护装置前相比,加装优化后的仿生保护装置,假人左右下胫骨轴向力峰值分别降低了66.76%和66.22%,满足AEP-55限值5.4 kN的要求,对乘员下肢提供了有效保护。