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局部表面纳米化吸能薄壁方管的可靠度分析
| 论文题名： | 局部表面纳米化吸能薄壁方管的可靠度分析 |
| 关键词： | 轨道交通;吸能薄壁方管;表面纳米化;可靠度分析;吸能性能 |
| 摘要： | 随着我国轨道交通业的快速发展，对交通工具的安全性能提出了更高的设计要求。由于有效提高交通工具部分结构的能量吸收能力是提高安全性能的措施之一，许多学者一直致力于车身吸能装置的研究。表面纳米化后的薄壁方管极大改善了自身的力学性能，可以达到更优的吸能效果。但由于在表面纳米化的过程中存在一些不确定因素，所以研究其吸能可靠性是至关重要的。本文以表面纳米化吸能薄壁方管为研究对象，通过分析影响吸能效果的主要因素，运用可靠度理论对结构的吸能特性展开可靠度分析；采用参数化建模的方法进行吸能结构的优化设计，得到吸能结构在吸能性能方面的定量可靠度和最优设计，为工程的实际应用提供一种有效的预判方法。主要研究内容如下： 首先建立局部表面纳米化薄壁方管在轴压下受冲击试验的仿真模型，利用有限元软件对其进行数值模拟。分析局部纳米化区域不同的位置，形状，尺寸和纳米化程度对薄壁方管在冲击载荷下的变形模式及吸能性能的影响，研究得到影响薄壁方管吸能特性的关键因素。通过分析影响结构吸能的不确定因素，确立输入变量和吸能薄壁结构间的吸能失效准则，进而展开局部表面纳米化薄壁方管比吸能的可靠度分析。构建近似代理模型得到功能函数与变量间的显式表达，之后可利用最优化算法得到可靠度结果。最后基于代理模型进行局部表面纳米化薄壁方管的确定性优化设计和基于可靠度的确定性优化设计。 分析得到纳米化条带数和孪晶间距是影响局部表面纳米化薄壁方管吸能性能的主要因素，并将其作为不确定输入变量。采用多元非线性回归，支持向量机回归，BP神经网络回归三种代理模型方法得到不确定输入变量与功能函数间的模型方程。通过对比不同代理模型下预测值与试验值的拟合程度，发现支持向量机回归模型下的拟合效果相对最佳，经计算得到基于支持向量机回归模型下局部表面纳米化薄壁方管的吸能可靠度。最后将支持向量机代理模型嵌入到优化算法中，进行局部表面纳米化薄壁方管的轻量化设计，得到确定性优化结果和基于可靠度的优化结果。 采用上述方法得到局部表面纳米化薄壁方管比吸能最大化的确定性优化设计方案和基于可靠度的优化设计方案。结果表明，确定性优化后的设计方案明显提高了局部表面纳米化吸能薄壁方管的吸能性能，增强了耐撞性。且施加了可靠度概率约束的基于可靠度的优化方案，不仅增强了局部表面纳米化薄壁方管的吸能效果，还提高了其能量吸收的稳定性，为车辆的轻量化设计提供一种设计思路。 |
| 作者： | 李婷婷 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 徐新生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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