摘要：在汽车等交通工具的抗撞结构设计中，常利用延性金属薄壁结构发生塑性变形来吸收轴向撞击时的冲击动能。对于结构抗撞性的优化设计，运用试验策略耗时费力且对设备要求较高，基于有限元仿真技术在传统薄壁管上添加均匀的波纹引导系改善和优化其设计以提升轴向压缩时的吸能特性日渐成为领域内的一个探讨热点。由于结构抗撞性浅析是一个高度非线性的瞬态动力历程，这导致在对薄壁管进行优化设计时目标函数（能量吸收值）与设计变量（波纹的高度和角度）之间的联系非常复杂，并没有明确的显式函数表达式。传统的数值模拟和优化设计需要处理大量数据，进行十分繁重的结构重浅析计算。这些计算占据了整个优化历程的大部分时间，这就为吸能构件的进一步改善与设计优化带来了很大障碍。基于上面陈述的这些特点，本课题借助商业有限元软件LS-DYNA及MATLAB，在Visual C++平台及MPI（Message Passing Interface）环境下编制基于响应面策略建模和多方式进化改善遗传算法的结构优化并行程序，将集群并行计算技术运用于带波纹引导系的薄壁管抗撞性优化不足的大量仿真计算和优化任务求解中，以期极大地节约计算成本、提升计算速度和效率。其成果对汽车抗撞性能的提升，缩短研制周期，降低研制成本具有重要的实用价值。如何获得带波纹引导系薄壁管的最佳抗撞性设计以及如何快速高效且廉价地进行大量数据计算是本课题之宗旨，由此本课题做了如下探讨：（1）借助ANSYS和APDL语言建立波纹薄壁结构的参数化有限元模型；对薄壁管耐撞性进行仿真，以最佳吸能为目标，波纹及截面尺寸为设计变量，借助响应面策略拟合设计变量与目标间函数联系式，建立优化模型；（2）浅析响应面法中各试验点结构重浅析的可并行性，搭建了基于高速互联网的分布式计算机群进行样本点结构仿真的并行计算，5CPU时获得了4.8以上的加速；（3）探讨智能结构优化算法——遗传算法特性和及改善措施，基于多方式进化的方式改善简单遗传算法，提升了算法全局搜索能力及收敛速度；（4）设计多方式进化改善的并行遗传算法程序，函数测试表明算法有接近线性的加速比。运用于求解波纹管耐撞优化不足，提升了计算效率和扩大算法可求解不足的规模；（5）对两类波纹薄壁结构抗撞性能进行并行仿真浅析和并行优化求解，显著改善波纹管耐撞性能，优化后结构吸能特性提升40%以上，完成一次产品优化相比串行算法节约13小时以上时间。关键词：薄壁管耐撞性论文结构优化论文并行计算论文遗传算法论文响应面法论文
本论文由www.808so.com摘要4-6
Abstract6-10
第1章 绪论10-16
1.1 引言10-11
1.2 国内外探讨近况11-13
1.2.1 薄壁管耐撞性探讨近况11
1.2.2 结构优化算法的探讨近况11-12
1.2.3 并行计算与并行碰撞仿真探讨近况12-13
1.3 本论文的主要探讨内容13-16
第2章 波纹薄壁管耐撞浅析基本论述及响应面法16-24
2.1 结构耐撞吸能论述介绍16-18
2.1.1 动力响应浅析基本论述16-17
2.1.2 冲击载荷下金属变形论述17-18
2.2 碰撞数值模拟策略和 ANSYS/LS-DYNA 介绍18-20
2.2.1 碰撞数值模拟策略18-19
2.2.2 LS-DYNA 几个重要概念19-20
2.3 响应面策略基本论述20-24
2.3.1 响应面策略的数据拟合原理20-23
2.3.2 试验点选取23-24
第3章 遗传算法多方式进化改善24-34
3.1 遗传算法24-26
3.2 遗传算子26-30
3.2.1 编码26-27
3.2.2 选择27-28
3.2.3 交叉28-29
3.2.4 变异29-30
3.2.5 倒位30
3.3 多方式进化的基本操作及实现30-33
3.3.1 多方式进化的基本操作30
3.3.2 算法的程序实现框架30-31
3.3.3 多方式进化遗传算法性能测试31-33
3.4 本章小结33-34
第4章 响应面法仿真及遗传算法的并行化34-48
4.1 不足的可并行性浅析34-35
4.2 基于 MPI 的集群高性能计算技术35-38
4.2.1 集群技术介绍35
4.2.2 消息传递接口原理及特点35-36
4.2.3 MPI 消息传递函数36-37
4.2.4 MPI 消息通信及数据类型37
4.2.5 MPI 并行程序设计37-38
4.3 并行算法评价38-40
4.4 基于 MPI 的主以式并行计算40-47
4.4.1 R 样本点仿真的并行计算40-41
4.4.2 并行遗传算法41-44
4.4.3 算法测试44-47
4.5 本章小结47-48
第5章 带波纹引导系薄壁管耐撞性仿真与优化的并行计算48-64
5.1 金字塔波纹方截面薄壁管耐撞性仿真与优化的并行计算48-54
5.1.1 优化前薄壁管的抗撞性浅析48-49
5.1.2 优化前薄壁管的抗撞性浅析结果和浅析49-50
5.1.3 金字塔型波纹的方截面薄筒优化设计50-51
5.1.4 优化后金字塔型波纹方截面薄管抗撞性仿真51-52
5.1.5 串并行时间比较52-54
5.2 金字塔波纹圆截面薄壁管耐撞性仿真与优化的并行计算54-61
5.2.1 正多边形截面（圆截面）波纹管几何模型设计及工况介绍54-55
5.2.2 优化前薄壁管的抗撞性浅析及结果浅析55-56
5.2.3 圆截面金字塔型波纹薄壁管优化设计56-60
5.2.4 优化后波纹管的抗撞性浅析60
5.2.5 串并行时间比较60-61
5.3 本章小结61-64
结论64-66
参考文献66-72
攻读硕士学位期间所取得的学术成果72-74
致谢74
善措施，基于多方式进化的方式改善简单遗传算法，提升了算法全局搜索能力及收敛速度；（4）设计多方式进化改善的并行遗传算法程序，函数测试表明算法有接近线性的加速比。运用于求解波纹管耐撞优化不足，提升了计算效率和扩大算法可求解不足的规模；（5）对两类波纹薄壁结构抗撞性能进行并行仿真浅析和并行优化求解，显著改善波纹管耐撞 WWw.808so.com 808论文查重
研究薄壁带波纹引导系薄壁管耐撞性仿真与优化并行计算中专生
更新时间：2024-02-03
作者：用户投稿
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