蜂窩夾層結構的夾芯形狀和拓撲構型的抗撞性優(yōu)化設計

本課題基于顯式有限元數(shù)值求解技術和代理模型方法，采用數(shù)值模擬和實驗驗證相結合的方法，對經(jīng)典蜂窩夾層結構和波紋型蜂窩夾層結構（俗稱瓦楞板）進行了抗撞性優(yōu)化設計和對比研究。在研究經(jīng)典蜂窩夾層結構時，首先對比了正六邊形蜂窩夾層板與純蜂窩結構的抗撞性能；其次采用析因設計方法篩選出對正六邊形蜂窩夾層板的抗撞性影響較大的結構參數(shù)，并以比吸能為目標指標、最大撞擊載荷為約束指標，采用響應面法對正六邊形蜂窩夾層板進行了抗撞性優(yōu)化設計；繼而對正四邊形蜂窩夾層板進行了有約束單目標和多目標抗撞性優(yōu)化設計，并對具有最優(yōu)構形的兩種經(jīng)典蜂窩夾層板的抗撞性進行了對比研究。在研究波紋形夾層板時，首先以吸能量為目標函數(shù)對梯形和三角形元胞的形狀進行了優(yōu)化設計；然后采用響應面方法對具有最優(yōu)元胞形狀的梯形夾層板的尺寸參數(shù)進行了抗撞性優(yōu)化設計；最后對具有相同的面板厚度和夾芯層密度的兩種波紋夾層板在低速局部沖擊和平板沖擊兩種工況下的抗撞性進行了對比研究。本課題的研究方法對其他形式夾層板結構的抗撞性研究具有一定的理論參考價值，研究結果對工程實際應用中夾芯形狀和結構參數(shù)的選取具有重要的指導意義。 2100433B

蜂窩夾層結構作為吸能構件在汽車領域應用日益廣泛。沖擊載荷作用下的抗撞性優(yōu)化問題是困擾汽車行業(yè)的一個難點，一是因為沖擊問題直接關系到結構的完整性和安全性；二是因為沖擊問題是強非線性問題。而蜂窩夾層結構的復雜構型，使的其抗撞性能與材質(zhì)、容重、邊長、壁厚、夾角、高度等因素有很大關系。.本項目以解決蜂窩夾層結構抗撞性優(yōu)化問題為目標，重點圍繞形狀拓撲設計的關鍵性基礎理論問題進行研究?？紤]到結構接觸－碰撞問題的復雜性，本項目將嘗試以漸進結構優(yōu)化方法、響應面法和其它無梯度算法等優(yōu)化設計方法為主體，對沖擊載荷作用下的波紋形、正六邊形、正四邊形和正三角形等一系列的蜂窩夾層結構進行抗撞性能的尺寸和形狀優(yōu)化，并對蜂窩夾層結構的夾芯構型進行抗撞性拓撲優(yōu)化，從而提出輕質(zhì)、強忍、抗撞擊的創(chuàng)新夾層構型。試驗驗證的最優(yōu)結果有望用于車身設計，以適應汽車工業(yè)在輕量、安全、節(jié)能方面的發(fā)展主題。

蜂窩夾層結構是指在兩個薄蒙皮之間，夾上輕質(zhì)芯材的一種層合復合材料 。

蜂窩夾層結構具有極大的彎曲剛性。這是蜂窩夾層結構的第一個優(yōu)點。此外還有優(yōu)點，即：因為成為兩重結構，所以氣密性和隔熱性優(yōu)異；因為是粘接結構，所以表面可以做得很平滑；結構衰減大，由沖擊而引起的破壞停留在局部，龜裂難以擴展、展等。