Avances en Ingeniería del Automóvil
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abstracto

Un método de optimización de topología efectivo para la resistencia a choques de estructuras de paredes delgadas utilizando las cargas estáticas lineales equivalentes

Chun Ren, Haitao Min, Tianfei Ma1 y Fangquan Wang

El método de cargas estáticas equivalentes para la optimización estructural de respuesta dinámica no lineal puede fallar en condiciones de choque de gran deformación, debido a la optimización de topología con el equivalente cargas estáticas en su mayoría más allá del rango lineal y que causan defectos numéricos tales como un alto cumplimiento de los elementos. Para superar la desventaja anterior, se propone un método avanzado de optimización de la topología estructural para la resistencia al choque que considera la gran deformación reducida por choque y el pandeo plástico utilizando cargas estáticas lineales equivalentes recién definidas. Las cargas estáticas lineales equivalentes se pueden escalar de forma adaptativa para garantizar que la optimización de la topología se realice dentro del rango lineal. En cada ciclo, se realiza la simulación de choque y el vector de desplazamiento nodal no lineal en el paso de tiempo con la energía de deformación máxima se escala mediante un factor de escala de desplazamiento adaptativo. Las cargas estáticas lineales equivalentes que se generan al multiplicar la matriz de rigidez lineal y el vector de desplazamiento nodal escalado se incorporarán en la optimización topológica, lo que puede garantizar que la optimización topológica permanezca en el rango lineal y resuelva aún más los problemas de inestabilidad numérica. El proceso se repite hasta que se satisfacen los criterios de convergencia. La eficacia del método propuesto se evalúa resolviendo una optimización de la topología de resistencia a los choques de una caja de choque considerando el pandeo del plástico inducido por el choque para determinar la ubicación y el perfil de los desencadenantes del choque. Los resultados muestran que el método propuesto puede resolver de manera efectiva la optimización de la topología de resistencia al choque de grandes deformaciones de estructuras de paredes delgadas y proporciona una estrategia factible para el diseño de disparadores de choque en la caja de choque. Con el aumento continuo de la propiedad de automóviles, el ahorro de energía y la seguridad se han convertido en los principales desafíos para el desarrollo de automóviles. La tecnología de vehículos livianos y el diseño estructural resistente a los choques se han convertido en medios técnicos importantes para enfrentar estos desafíos. Debido a su peso ligero, bajo costo y la capacidad de disipar de manera efectiva una gran cantidad de energía cinética de impacto durante un choque, las estructuras de paredes delgadas se han utilizado ampliamente en la estructura de absorción de energía de los sistemas amortiguadores de automóviles para absorber la energía del choque y mejorar la seguridad del vehículo. .1,2 Una característica importante de estas estructuras es el rendimiento de resistencia al choque de la absorción de energía a través de la deformación plástica bajo choque
condiciones.2,3 Además de la resistencia a los choques, su economía, el respeto al medio ambiente y la facilidad de mantenimiento también son importantes. El material, el tamaño y la forma de la sección transversal de la estructura son los factores importantes que afectan la resistencia al choque de las estructuras.4 Se estudian los efectos de los materiales de relleno en la resistencia al choque de varios tubos rellenos de espuma con diferentes secciones transversales, como tubos circulares. tubos, 5,6 tubos cuadrados, 7-10 tubos poligonales simples y bitubulares, 11 tubos cónicos, 12-14 tubos multicelda, 15 tubos corrugados, 16, 17 tubos elipses, 18, 19 tubos de doble sombrero, 20 tubos poligonales en estrella, 21 y así sucesivamente. Además, para reducir el peso manteniendo la propiedad mecánica del tubo original, se introducen ventanas estampadas22-24 y discontinuidades circulares25,26 en las estructuras de paredes delgadas. Recientemente, se analizó el efecto de los agujeros como iniciadores de aplastamiento en el desempeño de resistencia al choque de los perfiles bitubulares de aluminio.27 Además, en el diseño de estructuras de paredes delgadas, una serie de algoritmos de optimización novedosos como la optimización del tamaño,28,29 Se han propuesto optimización,30,31 optimización topológica,32,33 optimización multiobjetivo,18,19 optimización de diseño basada en confiabilidad multiobjetivo,34,35 y optimización de diseño basado en robustez multiobjetivo14,36. Estos métodos proporcionan una serie de herramientas poderosas para diseñar estructuras de ingeniería complejas para satisfacer diferentes requisitos de diseño. Sin embargo, en la práctica, es muy importante y desafiante determinar la ubicación y la forma de esas discontinuidades.