Shape optimization of thin-walled tubes under high-velocity axial and transverse impact loadings

Abstract

İnce cidarlı borular yapısal uygulamalarda en çok kullanılan elemanlardandır.Daha spesifik bakıldığında, taşıtlarda pasif güvenlik sistemleri, örneğin tampon kirişive tampon kirişi braketi, olarak kullanılırlar. Bu parçalar, genel bir bakış açısından, üz-erlerine gelen yükleri yanal ve eksenel yönde alırlar. Bu çalışmanın amacı bu parçalarınçarpışma kabiliyetlerini azami hale getirilmesi için bir yöntem ortaya koymaktır. Bumethod tampon kirişi ve tampon kirişi braketinin şekilsel eniyilemesi tasarım sürecineuygulanmıştır. Söz konusu parçalar taşıtın 64 km/h hızla %40 ının bir bariyere çarp-tıgı durumu inceleyen EuroNCAP testi esas alınarak irdelenmiştir. Bu test Açık SonluElemanlar metodu kullanılarak simule edilmiştir. Aracın tamamının simulasyonu yapıl-maktansa, araç ana gövdesi basitleştirilmiş bir modele benzetilmiştir. Parçalar genetikalgoritma ve Nelder&Mead algoritmalarının birleşiminden elde edilen melez bir al-goritma vasıtası ile şekilleri eniyilenmiştir. Eniyileme sonucunda önemli ilerlemeninsağlandığı görülmüştür.

Thin-walled tubes are one of the most commonly used parts in structural ap-plications. More specifically, they are used as passive safety measures in vehicles likebumper-beams and crash-boxes. They take loads either mainly in the axial directionor transverse direction. The objective of this study is to develop a design optimizationmethodology to maximize the crash-worthiness of such parts. The method is appliedto obtain optimal shape designs of a bumper-beam and a crash-box. They are modeledunder the loading conditions in standard EuroNCAP tests in which the vehicle hits adeformable barrier with 40% offset by 64 km/h speed. The crash event is simulated us-ing explicit finite element method. A lumped parameter model is developed to accountfor the structural response of the main vehicle body by a parametric system identi-fication method. The tubes are optimized by a hybrid search algorithm combininggenetic algorithm and Nelder&Mead simplex search. The results indicate significantimprovement in the crash-worthiness of the tubes.