橫截面參數化網格變形算法及耐撞性優化應用

摘要：薄壁梁結構是汽車等運載工具的主要承載構件,提高該類結構的耐撞性對乘員安全具有重要意義。然而,形狀優化設計要求多組有限元模型與仿真分析,因此需要特定的建模技術或人工交互。本文提出了一種基于橫截面形狀的參數化網格變形方法,以實現已有有限元模型的有效重用。以給定有限元模型為輸入,采用基于各向異性徑向基函數網格變形方法,并結合骨架內嵌空間,可快速生成適用于仿真分析的有限元模型變體。以S形梁軸向沖擊耐撞性設計為例,采用所提方法改變構件塑性鉸區域的橫截面形狀,可快速(低于4 s)獲取100組局部變形有限元模型,并采用模型技術和多目標遺傳算法優化結構耐撞性。數值結果顯示,構件耐撞性獲顯著提高,驗證了所提參數化變形方法的有效性,展示了與一般形狀優化框架的可集成性。