基于改进BESO算法的带隔板薄壁方管耐撞性拓扑优化

王章骏，许平，邢杰，赵紫亮，蔡隽堃

(1.中南大学 交通运输工程学院，湖南 长沙410075；2.中南大学 轨道交通安全教育部重点实验室，湖南 长沙410075)

交通安全一直以来都是人们关注的热点话题。吸能装置作为被动防护的关键组件之一，在发生碰撞事故时，具有保护乘员的重要作用。薄壁管有着优越的吸能特性，已经广泛地作为吸能装置被应用到各种车辆中[1]。在薄壁管中加入横隔板是改善吸能管吸能特性的有效方式之一。唐智亮[2]受到竹子节隔膜的启发，结合仿生学的思想，将横隔板加入到了非凸薄壁管中，并研究了隔板数量对非凸薄壁管能量吸收性能的影响。GAO等[3]利用实验与仿真方法研究了带隔板方管的耐撞性，研究表明，隔板能改变薄壁管的变形模式，提高其吸能量。近来，由于带隔板吸能管优秀的吸能特性，将其作为吸能装置的轨道车辆出现了持续增长，因此，对带隔板方管的优化设计产生了迫切的需求。XU等[4]研究一种带横隔板的嵌套管并利用遗传算法优化了关键的结构参数，提高了吸能管的耐撞性。在随后的研究中，XU等[5]将横隔板插入到轴对称的方管中，结论表明，隔板可以让这种新型结构产生稳定的变形，对特定的几何参数进行优化设计，可以提高吸能管的耐撞性。回顾过去优化薄壁管几何结构的相关研究，大多数都是作者根据经验提出优化参数，或者根据经验预设结构形状。拓扑优化是结构优化的一种，能够找到材料在指定条件下的最优分布，比之传统结构优化方法基于设计师的创造力和经验，以及反复试验的过程，拓扑优化允许创造性和根本性的设计修改[6]，且不需要设计师在原结构上进行反复设计。……