新型功能梯度变截面变壁厚薄壁结构耐撞性多目标优化设计

摘要

为提升由大量薄壁结构组成的车身耐撞性与轻量化水平，创新性提出一种车用新型功能梯度变截面变壁厚（简称“双功能梯度”）薄壁结构，以薄壁圆管为例，构建了双功能梯度圆管参数化几何模型，建立了其轴向及斜向多角度压溃有限元模型并进行了试验验证，以此为基础，研究了其结构参数（上、下端面管径差，上、下端面壁厚差，管径梯度指数及壁厚梯度指数）对其多角度压溃耐撞吸能特性作用规律，以上述结构参数为设计变量，以多角度压溃综合比吸能（SEA_θ）最大、最大峰值压溃力（PCF₀）最小为设计响应及优化目标，结合最优拉丁超立方试验设计、二阶响应面代理模型及NSGA-Ⅱ优化算法，对其进行了耐撞性多目标优化设计及验证。结果表明：双功能梯度圆管优化前后SEA_θ增大了24.07%,同时PCF₀降低了8.01%,取得了良好的耐撞性多目标优化效果，为提升车身安全与轻量化水平提供了一种新结构与新方法。

关键词

薄壁结构 / 变截面 / 变壁厚 / 耐撞性 / 多目标优化

基金资助

国家自然科学基金项目(52202437); 重庆理工大学同步实施项目(2023TBZ007); 河南省科技攻关项目(242102241055); “科创中原”汽车轻量化产学研协作创新基金项目(2024KCZY315)