基于响应面法的某防护结构优化设计

行 方 向优 化 算 法 对建 立 的 响应 面进 行 了求 解 计 算 ，得 到 了一 组 最 优值 。结 果 表 明优 化 后 防 护结 构 的 防 护 性 能 得 到 了显 著 提 升 ，为 更 多 防护 结 构 的设 计提 供 了参考 依 据 。
关 键 词 ： 优 化设 计 ； 拉 丁超 立 方试 验 设 计 ； 响 应 面 法 ； 防 护 性 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
ｍ ｍ
汽 车碰撞 安全 的 多 目标 优 化 ； 陈 潇 凯 等 ］ 结 合 了 响应
面 法和序 列 二次规 划法 对汽 车全 宽正 面抗撞 性进 行 了 优化； Ｍａ ｒ ｃ ｕ ｓ ［ ４ ’ 利 用神 经 网络 法 来 建立 响 应 面 实 现 了 对 吸能盒 形状 的优 化 。 １ 防护 结构 有 限元模 型的 建立及 验证
摘 要 ： 为提 高 某 防 护 型 驾驶 室底 部 类 Ｖ 形 防 护 结 构 对 爆 炸 冲 击 波 的 防 护 性 能 ．利 用 尺 寸 优 化 和 形 状 优 化 相 结 合 的 设 计 方 法 ．进 行 了 防护 结构 的优 化设 计 。 首 先 通过 拉 丁 超 立 方试 验 设 计 建 立 了 中心 防护 板 最 大位 移 和 模 型 总 质 量 的 高 精度 响 应 面 ；再 综 合 考 虑板 件 厚度 和 边 界 形状 的 变 化 范 围 以及 安 全 性 和 轻 量化 要 求 ．运 用 可
【４ ５ ｌ
ｌ ２
１ １ ０ ８ １ ． ３ ３ ８ ２ １ ０ ７ ８ ０ ． ９ ５ ６ ９
８ ６ ６ ４
４ ． ９ ７ ． ２
在爆 炸 冲击波 作用 下简 化后 的某 防护 型驾驶 室底 部 防护结 构 的 ｌ ／ ２有 限元模 型如 图 １所示 。其 由 ７ 块
１ ． １ 模 型 建 立
２ １
ｇ
７ Ｏ ０
ｍ
０ ． ９ ８
相对误差 （ ）
３ ． ８
７ ９
８ ２
７ ０ ８
０ ． ８ ０
１ ０ ２
９ ５ Байду номын сангаас
６ ． ９
３ ｌ
２
７ Ｏ ０ ０ ． ４ ７
７ ９
８ １
３ ． ７
图 １ 防 护 结 构 的 有 限 元 模 型
１ ． ２ 验 证
采用相 同 的建模方 法建 立 了爆炸 冲击 波作 用下 靶 板 的有 限元模 型 ， 并进 行 ５次 数 值 模 拟 结 果 和试 验 结 果 的对 比， 见表 ｌ 。
表 ｌ 数 值 模 拟 结 果 与 试 验 结 果
添加 法 向 对 称 约 束 。采 用 流 固 耦 合 算 法 进 行 一 定 ＴＮＴ 当量的地 雷 爆 炸 冲击 仿 真 试 验 。所 有钣 金 件 采 用三角 形和 四边形 Ｂ —Ｔ单 元 划分 ； 各 板 材质 为 ６ ８ ５ Ａ 钢， 采 用弹塑 性材料 模 型 。
军 用车 防护性 能 的研究 重点 之一 。对 驾驶室 底部 的 防 护 结构进 行优 化设 计 ， 是 提 高 防护 型 驾驶 室 底部 防护
第 １期 （ 总第１ ８ ２期 ）
２ ０ １ ４年 Ｏ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨ ＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧ１ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴＩ （ ） Ｎ
Ｎｏ． １
Ｆ ｅ ｂ ．
文章 编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ４ ０ — ０ ３
靶 板 厚 度 装 药量 炸 距 序 号
１ １
近 似模 型方 法—— 响应 面法 成为解 决该 问题 的 有效途 径 。该方 法 已被广 泛用 于解决 碰撞 及其 他类 型 的多重
非 线性 响应 问题 ， 如 张 维 刚等 Ｌ ２ 利 用 响 应 面 法 实 现 了
挠 度 试 验 值 模 拟 值
能 力 的有 效措施 。
由于爆 炸冲击 类 的问题 涉及 到大位 移 和大 变形及 冲击载荷 、 材 料非线 性等 多重 非线性 ， 使 得其 响应 函数 的导数往 往是 严重 不 连 续 的 ， 这 样 传 统 的 基 于 梯度 的 寻 优方法 具有 很 大 局 限性 ， 往 往 不 能得 到最 优 解 。面 对 这一 问题 ， 一种 结合 了试验 设 计 和数 理 统 计 的全 局
收稿 ｜ － Ｉ 期 ：２ ０ ｌ ３ — ０ ７ — ０ 】 ； 修 回 口期 ：２ ０ １ ３ — ０ ７ — １ ０
对 比仿 真结 果 与试 验 结 果 可 以看 出 ， 二 者相 对 误 差在合 理范 围之 内 ， 说 明仿 真结 果可 信 ， 在 模 拟爆炸 时
０ 引 言
钣 金件 组成 ， 结构对 称 ， 对 板 ４施 加 全 约 束 ， 对 称 面 上
近年来 ， 随着 我 国参 加 国际维 和任 务 的不断增 加 ， 使 得我维 和人 员 面临 Ｉ Ｅ Ｄ 的威 胁不 断 增 加 ， 这 就要 求 军 用 车辆 生产 企 业 必 须 生产 符 合 相 关 防 护 标 准 的车 辆口 ］ ， 如何 提 高军 用车 辆 的 防护 性 能 成 为 我 国军 用 车 辆 研发设 计人 员 面 临 的一 个重 要 课 题 。其 中 ， 驾驶 室 底 部是 受爆 炸冲击 影 响较 大的 部 分 ， 其 防 护 性能 直 接 关 乎乘员 的人 身安 全 ， 因此在 爆 炸 冲击 下 其 防护 性 是
基 于 响 应 面 法 的某 防护结 构优 化设 计
郑 雅 丽 ， 王 显 会 ， 张 望 ，魏 然
（ １ ．南Ｚ － 理工大学 机械工程学院．江苏 南 京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ；２ ． 陕 西 重 型 汽 车 有 限 公 司 汽 车 工 程研 究 院 ， 陕 西 西 安 ７ １ ０ ２ ０ ０ ）