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Abstrait

Une méthode efficace d'optimisation de la topologie pour la résistance aux chocs des structures à parois minces utilisant les charges statiques linéaires équivalentes

Chun Ren, Haitao Min, Tianfei Ma1 et Fangquan Wang

La méthode des charges statiques équivalentes pour l'optimisation structurelle de la réponse dynamique non linéaire peut échouer dans des conditions d'accident à grande déformation, en raison de l'optimisation de la topologie avec des charges statiques équivalentes généralement au-delà de la plage linéaire et causant des défauts numériques comme une conformité élevée des éléments. Pour surmonter l'inconvénient ci-dessus, une méthode avancée d'optimisation de la topologie structurelle pour la résistance aux chocs, prenant en compte les grandes déformations réduites en cas de choc et le flambage plastique, est proposée en utilisant des charges statiques linéaires équivalentes nouvellement définies. Les charges statiques linéaires équivalentes peuvent évoluer de manière adaptative pour s'assurer que l'optimisation de la topologie est effectuée dans une plage linéaire. À chaque cycle, la simulation d'accident est effectuée et le vecteur de déplacement nodal non linéaire au pas de temps avec l'énergie de déformation maximale est mis à l'échelle par un facteur d'échelle de déplacement adaptatif. Les charges statiques linéaires équivalentes générées en multipliant la matrice de rigidité linéaire et le vecteur de déplacement nodal mis à l'échelle seront incorporées dans l'optimisation de la topologie, ce qui peut garantir que l'optimisation de la topologie reste dans la plage linéaire et résoudre davantage les problèmes d'instabilité numérique. Le processus est répété jusqu'à ce que les critères de convergence soient satisfaits. L'efficacité de la méthode proposée est évaluée en résolvant une optimisation de la topologie de résistance aux chocs d'une crash box en tenant compte du flambage plastique induit par l'accident afin de déterminer l'emplacement et le profil des déclencheurs de collision. Les résultats montrent que la méthode proposée peut résoudre efficacement l'optimisation de la topologie de résistance aux chocs en grandes déformations des structures à parois minces et fournit une stratégie réalisable pour la conception de déclencheurs de crash dans une crash box. Avec l'augmentation continue du nombre de propriétaires de voitures, les économies d'énergie et la sécurité sont devenues les principaux défis du développement automobile. La technologie d'allègement des véhicules et la conception structurelle résistante aux chocs sont devenues des moyens techniques importants pour relever ces défis. En raison de leur légèreté, de leur faible coût et de leur capacité à dissiper efficacement une grande quantité d'énergie cinétique d'impact lors d'un accident, les structures à parois minces ont été largement utilisées dans la structure d'absorption d' énergie des systèmes tampons automobiles pour absorber l'énergie d'un accident et améliorer la sécurité du véhicule.1,2 Une caractéristique importante de ces structures est la résistance aux chocs en absorbant l'énergie par déformation plastique en cas de choc.
conditions.2,3 Outre sa résistance aux chocs, son économie, son respect de l'environnement et sa maintenabilité sont également importants. Le matériau, la taille et la forme de la section transversale de la structure sont des facteurs importants affectant la résistance aux chocs des structures.4 Les effets des matériaux de remplissage sur la résistance aux chocs de divers tubes remplis de mousse de différentes sections sont étudiés , comme les tubes circulaires, 5,6 tubes carrés, 7 à 10 tubes polygonaux simples et bitubulaires, 11 tubes coniques, 12 à 14 tubes multicellules, 15 tubes ondulés, 16,17 tubes ellipses, 18, 19 tubes à double chapeau, 20 tubes polygonaux en étoile, 21 et ainsi de suite. De plus, pour réduire le poids tout en conservant les propriétés mécaniques du tube d'origine, des fenêtres à motifs22-24 et des discontinuités circulaires25,26 sont introduites dans les structures à parois minces. Récemment, l'effet des trous en tant qu'initiateurs d'écrasement sur les performances de résistance aux chocs des profilés bitubulaires en aluminium a été analysé.27 De plus, dans la conception de structures à parois minces, une série de nouveaux algorithmes d optimisation telles que l'optimisation de la taille,28,29 de la forme optimisation de la topologie30,31,32,33 optimisation multi-objectifs,18,19 optimisation de la conception basée sur la fiabilité multi-objectifs,34,35 et l'optimisation de la conception multi-objectifs basée sur la robustesse14,36 ont été proposées. Ces méthodes fournissent une série d'outils puissants pour concevoir des structures d'ingénierie complexes afin de satisfaire différentes exigences de conception. Cependant, en pratique, il est très important et difficile de déterminer l'emplacement et la forme de ces discontinuités.