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某型车辆底部防护组件动态拓扑优化设计研究
| 论文题名： | 某型车辆底部防护组件动态拓扑优化设计研究 |
| 关键词： | 军用车辆;底部防护组件;动态拓扑优化;抗爆性能 |
| 摘要： | 在非对称作战中，军用车辆面临的主要威胁之一是来自车辆底部的爆炸冲击，因此如何提升车辆底部的抗爆炸冲击能力，保护车内乘员安全是当今防护型车辆设计的首要问题。开展车辆底部防护组件的优化设计具有十分重要的意义。本文在国内外已有的车辆底部防护技术研究基础上，结合理论分析、试验研究、爆炸仿真和优化设计方法，以某型防护型车辆为研究对象，引入动态拓扑优化技术，对防护组件中的夹层空间进行优化设计，在不增加质量情况下，提升防护组件的抗爆性能。主要方法如下： （1）.对国内外解决动态拓扑优化问题的方法进行总结和对比，混合自动元胞机法（Hybrid Cellular Automaton,HCA）在解决高非线性动力学领域结构动态拓扑优化问题时有着出色的表现，且优化目标与抗爆性结构设计的目标相匹配，确定混合自动元胞机法作为本文的动态拓扑优化方法。 （2）.建立经试验验证的某装甲钢板台架模型，以该模型为基础，对爆炸载荷下的结构动态拓扑优化进行研究，通过对比拓扑优化前后结果，证明了基于HCA算法的动态拓扑优化方法在抗爆性结构设计上的可行性。 （3）.对某型防护型车辆底部进行爆炸仿真分析，通过试验验证有限元模型的准确性，为后续防护组件的动态拓扑优化设计确定准确的模型和边界条件。 （4）.将防护组件从整车模型中提取，结合正交试验设计和方差分析，以防护组件总吸能为目标，分析各部件对总吸能的贡献度情况，根据贡献度大小并结合实际要求，选择防护组件中的加强梁为拓扑优化的设计对象，应用HCA算法对其进行动态拓扑优化设计，依据优化结果进行工程解读，排列组合出多种方案，根据优化结构的吸能量、防护组件背板变形、最大动能以及优化后结构质量，选择出最优方案，并代入到整车中验证，结果表明，经动态拓扑优化指导改进后，整车的抗爆炸冲击性能得到明显提升。 本文的研究方法和成果在军用车辆底部防护组件优化设计中具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 毕政 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 周云波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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