高g值冲击下泡沫铝填充壳缓冲吸能多目标优化研究

发布时间：2017-10-18 22:25

  本文关键词：高g值冲击下泡沫铝填充壳缓冲吸能多目标优化研究

  更多相关文章： 薄壁壳 泡沫铝填充壳 代理模型 理想点法 NSGA-Ⅱ算法

【摘要】：在弹体高速侵彻硬目标和弹箭爆炸抛撒过程中,弹载测控电路将承受数万g的冲击加速度作用,远远超出测试电路承受范围,因此必须对测试电路进行缓冲保护。薄壁壳结构在轴向冲击下,通过塑性变形可以很好的起到缓冲吸能作用,但壳结构的初始载荷峰值远远高于其平均值,不利于缓冲保护,且能量吸收效率偏低。泡沫金属具有密度小、冲击吸能性强等优点,受压缩时能在一定的应力平台上产生较大的变形,从而起到缓冲吸能的效果,但泡沫铝的应力平台较低,缓冲效果比较有限,不适宜单独用作承载结构。因此,提出泡沫铝填充壳结构,它可以充分发挥两种材料优势,弥补材料在单独吸能时的不足。为了降低冲击过程中的初始载荷峰值,本文提出具有诱导压痕的壳结构,利用LS-DYNA有限元软件,从隔冲效率、加速度响应不平稳度、总吸能以及结构压缩单位位移吸收能量四个方面分析压痕数目以及压痕形状对结构缓冲吸能特性的影响。通过对所设计壳结构数值分析,得出,V2结构隔冲效率最高,达到了71.0?,而具有三个压痕的壳结构隔冲效率比较低,甚至低于无压痕结构。加速度响应不平稳度随着压痕数目的增加而升高,曲线变的很不平稳。结构吸收总能量随着压痕数目的增加而增大,它是由结构压缩单位位移吸收能量与压溃位移共同决定。由于单个壳结构在吸能方面远不如填充结构,而为了得到吸能性能较好的填充壳结构,本文基于代理模型技术对泡沫铝填充壳结构进行多目标优化设计。提出多项式响应面和径向基函数两种近似代理模型,通过全析因子试验设计方法选取试验设计样本点,利用LS-DYNA有限元技术获得设计样本点的碰撞信息,构造出冲击过程的代理模型近似表达式,最后通过理想点法和NSGA-Ⅱ算法对多目标优化问题进行求解。
【关键词】：薄壁壳 泡沫铝填充壳 代理模型 理想点法 NSGA-Ⅱ算法
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外相关领域的研究现状11-14
• 1.2.1 薄壁构件研究现状11-12
• 1.2.2 泡沫铝填充壳结构研究现状12-13
• 1.2.3 多目标优化研究现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容及创新点14-16
• 2 ANSYS/LS-DYNA程序和多目标优化的基础理论及优化方法16-26
• 2.1 ANSYS/LS-DYNA简介16-19
• 2.1.1 基本控制方程16-17
• 2.1.2 空间有限元离散化17-18
• 2.1.3 时间积分和时间步长控制18-19
• 2.2 试验设计19-21
• 2.2.1 全析因子试验设计19-20
• 2.2.2 正交试验设计20-21
• 2.3 近似代理模型技术21-24
• 2.3.1 多项式响应面模型22-23
• 2.3.2 径向基函数模型23-24
• 2.4 多目标优化方法24-26
• 2.4.1 理想点法24-25
• 2.4.2 NSGA-Ⅱ遗传算法25-26
• 3 含压痕薄壁圆截面壳轴向冲击数值模拟研究26-38
• 3.1 薄壁壳结构数值计算模型26-30
• 3.1.1 几何模型及网格26-28
• 3.1.2 材料模型28-29
• 3.1.3 接触设置和加载29-30
• 3.2 数值计算结果分析30-37
• 3.2.1 压痕对圆截面壳变形模式的影响30-33
• 3.2.2 结构缓冲效果分析33-35
• 3.2.3 结构吸能特性分析35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 4 基于多项式响应面模型对填充铝壳结构缓冲吸能多目标优化研究38-49
• 4.1 分析模型38-40
• 4.1.1 几何模型及网格38
• 4.1.2 材料模型38-39
• 4.1.3 接触设置和加载39-40
• 4.2 多目标优化问题定义40-41
• 4.2.1 结构吸收总能量40
• 4.2.2 体积比吸能40-41
• 4.2.3 测控电路承受加速度幅值41
• 4.3 多目标优化问题求解41-46
• 4.3.1 试验点选取41-42
• 4.3.2 有限元模拟结果42-44
• 4.3.3 多项式响应面模型构造44-45
• 4.3.4 多目标优化问题建立与求解45-46
• 4.4 优化分析46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 基于径向基函数模型对填充菱形孔钢壳结构缓冲吸能多目标优化研究..405.1 分析模型49-60
• 5.1 分析模型49-50
• 5.2 多目标优化问题求解50-56
• 5.2.1 试验点选取50-51
• 5.2.2 有限元模拟结果51-52
• 5.2.3 径向基函数代理模型构造52-54
• 5.2.4 多目标优化问题的建立与求解54-56
• 5.3 优化分析56-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-69
• 攻读硕士期间发表的论文及研究成果69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李志斌;虞吉林;郭刘伟;;具有诱导结构的铝合金薄壁方管轴向压缩吸能性能试验研究[J];工程力学;2012年06期

2 程涛;向宇;李健;余玲;;高速冲击泡沫铝填充管的瞬态分析[J];振动与冲击;2010年08期

3 胡晓光;隋允康;薛贵林;杜家政;;金字塔型波纹薄壁管抗撞性分析和优化[J];科技导报;2010年11期

4 黄炼;吕志强;赵应龙;蔡鹏;;泡沫铝冲击吸能器应用设计[J];舰船科学技术;2010年05期

5 赵广宁;王社锋;赵洪伦;;泡沫铝填充薄壁圆管吸能特性优化[J];计算机辅助工程;2009年04期

6 吴刚;吕志强;赵应龙;;舰船设备冲击吸能器隔冲效果评估研究[J];舰船科学技术;2009年07期

7 张斌;张维刚;杨济匡;钟志华;;基于响应面法的汽车侧撞安全性仿真优化[J];系统仿真学报;2009年12期

8 麦福荣;赵洪伦;;轨道车辆泡沫铝填充吸能元件的优化设计[J];城市轨道交通研究;2009年03期

9 孙光永;李光耀;钟志华;张勇;;基于序列响应面法的汽车结构耐撞性多目标粒子群优化设计[J];机械工程学报;2009年02期

10 徐鹏;祖静;范锦彪;;高速动能弹侵彻硬目标加速度测试技术研究[J];振动与冲击;2007年11期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 武和全;汽车车架碰撞安全性分析及其优化设计[D];南昌大学;2009年

2 张勇;基于近似模型的汽车轻量化优化设计方法[D];湖南大学;2009年

3 侯淑娟;薄壁构件的抗撞性优化设计[D];湖南大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 孙源森;含诱导压痕的薄壁方管在冲击载荷下的动态响应研究[D];湖南大学;2013年

2 黄滟;轴向冲击下薄壁组合结构吸能特性分析[D];华中科技大学;2006年

，

本文编号：1057483