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新型波形梁护栏的多目标稳健性优化设计
| 论文题名： | 新型波形梁护栏的多目标稳健性优化设计 |
| 关键词： | 高速公路;波形梁护栏;优化设计;有限元模型 |
| 摘要： | 波形梁护栏是高速公路上应用广泛的路侧安全防护装置，其可以对失控车辆进行阻挡、缓冲和导向，以保护事故车辆乘员的生命安全及防止车辆与正常行驶的车辆产生二次碰撞。所以，对波形梁护栏进行优化设计具有重要的研究意义。 然而，当汽车与传统波形梁护栏相撞时，车轮容易被护栏立柱卡死而产生阻拌，这会大大降低护栏的性能，从而引起恶劣的交通事故。目前解决阻拌的方法主要是通过提高护栏刚度来降低阻拌发生的概率，这会降低护栏的缓冲性能，没有很好地解决阻拌问题。并且，目前的护栏优化设计研究尚未考虑设计参数实际加工存在的不确定性，这会导致护栏优化设计结果稳健性不好。为了解决上述问题，本论文开展了以下研究工作： (1)构建了精度较高、求解稳定性较好的车—护栏有限元模型。车辆—护栏的碰撞过程实际上是一个非常复杂的动力学作用过程，包含了材料非线性、几何非线性、接触非线性等多重非线性力学问题。因此，模型的简化、接触连接的处理和载荷及边界条件的施加都是难点。本文通过对模型的调整与验证，最终构建了精度较高、求解稳定性较好的车—护栏有限元模型。 (2)设计了一种新型波形梁护栏系统，以解决车轮阻拌问题。该新型波形梁护栏系统拥有几何形状像希腊字母η的新型立柱，因此被命名为η型波形梁护栏（η-WG）。本文采用基于 LS-DYNA的非线性有限元方法对常用的传统波形梁护栏与新型波形梁护栏的安全性能进行了对比研究。结果表明新型波形梁护栏能有效地避免阻拌，其安全性能比传统波形梁护栏的要好。 (3)发展了护栏结构的高效多目标稳健优化设计方法，以实现护栏结构的高效稳健优化设计。本文结合护栏结构设计要求、有限元仿真分析、径向基函数近似模型、蒙特卡罗模拟、“3σ”稳健性设计和非分支配排序遗传算法发展了护栏结构的高效多目标稳健优化设计方法。在该优化设计方法中，采用径向基函数近似模型来替代高计算成本的有限元分析，以提高优化计算的效率。并且，考虑了设计参数由于实际加工误差而引起的不确定性，提高了优化设计解的稳健性。 本文研究结果表明新型波形梁护栏的稳健性优化结构不仅具有优异的安全性能，而且具有很高的可靠性，在未来的高速公路中具有很好的应用前景。此外，本文的稳健性优化设计方法也可以应用到其它涉及复杂计算的结构优化设计中。 |
| 作者： | 肖佑业 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 尹汉锋;伍乾坤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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