18281

۱۸۲۸۱

بهينه سازي توپولوژي جاذب انرژي جدارنازك با پروفيل مربعي

كارشناسي ارشد

سازه و بدنه

فروردين ۱۳۹۶

دكتر ابوالفضل خلخالي

خودرو

در اين پژوهش، بهينه¬سازي توپولوژي جاذب انرژي با پروفيل مربعي با هدف بهبود عملكرد ضربه¬پذيري و با استفاده از ديدگاه حذف مواد ناكارامد از سازه مذكورانجام شده¬است. بهينه¬سازي توپولوژي با ايجاد الگويي از ناپيوستگي¬هاي هندسي در طول ساختار به جستجوي بهترين حالت پخش ماده است بطوريكه سازه¬ي نهايي، جذب انرژي بالا همراه با كمترين مقدار ماده¬ي مصرفي را توليد كند. كد بهينه¬سازي در نرم افزار متلب و با نگاهي بر الگوريتم بهينه¬سازي ساختاري تكاملي دو¬سويه نوشته شده و در هر دور بهينه¬سازي نرم افزار آباكوس را جهت انجام تحليل غيرخطي فراخواني مي¬كند. از آنجاييكه ناپيوستگي¬هاي ايجاد¬شده به¬عنوان مكانيزم آغاز¬كننده¬ي كمانش پلاستيك عمل مي¬كنند، مي¬توان انتظار رفتار نوساني را در تاريخچه-ي جذب انرژي داشت. اين مسئله چالش¬هايي را در زمينه¬ي همگرايي الگوريتم با استفاده از ديدگاه BESO ايجاد مي¬كند. براي فائق آمدن بر اين مشكلات تغييراتي در تعريف مسئله¬ي بهينه¬سازي از جمله قيدگذاري بر ميزان جذب انرژي به جاي حجم و در نظر¬گرفتن بيشترين ميزان دور¬هاي بهينه¬سازي به جاي قيد همگرايي صورت مي¬گيرد. در پايان تست آزمايشگاهي بر نمونه توپولوژي نهايي، 7/97 درصد جذب انرژي بازاي 4/16درصد كاهش وزن را نشان مي¬دهد كه تطابق خوبي را با نتايج شبيه¬سازي نشان مي¬دهد. همچنين ميزان نيروي بيشينه به اندازه¬ي 3/23 درصد كاهش يافته كه در مجموع نشان¬دهنده¬ي بهبود چشم¬گيري در قابليت ضربه¬پذيري ساختار است.

1396/10/18

1/8/2018 12:00:00 AM

In this investigation topology optimization of a thin-walled square tube is carried out in order to enhance its crashworthiness performance by removing inefficient material from the structure. Producing a pattern of discontinuities on the tube sidewalls, topology optimization is systematically searching for a material distribution that provide a high level of energy absorption with least material usage. The optimization code is prepared in MATLAB, using Bidirectional Evolutionary Structural Optimization concept, and integrated with ABAQUS software performing nonlinear analysis. Since the produced discontinuities are taken into account as a triggering mechanism, fluctuation in the energy absorption history is almost predictable which can impose a fundamental convergence issue in BESO algorithm. To overcome this challenge, several changes are applied to the algorithm which results in producing an optimal design of square tube satisfying the energy absorption constraint. Finally, the experimental investigation for topologically optimized tube shows 97.7 % energy absorption accompanied by 16.4% mass reduction, representing a reasonable agreement with numerical results. Also, it is found that the peak crushing force degrades about 23.3% for the selected design showing substantial enhancement in tube crashworthy characteristics.