[发明专利]一种仙人掌仿生结构吸能盒及其优化方法

权利要求书

1.一种仙人掌仿生结构吸能盒，其特征在于，包含依次相连的前部盒体、中部盒体和后部盒体；

所述前部盒体和汽车前保险杠横梁固连，后部盒体与汽车防撞梁固连；

所述前部盒体、中部盒体、后部盒体均呈六角星状，均包含十二个矩形侧板，且十二个矩形侧板之间形成六个内折角和六个外折角；所述六个内折角和六个外折角均为倒圆角；令矩形侧板和其相邻矩形侧板之间交线的长度为该矩形侧板的长度、矩形侧板垂直于该交线的边的长度为矩形侧板的宽度；

所述前部盒体、中部盒体、后部盒体中矩形侧板的宽度相等；

所述后部盒体中矩形侧板的长度大于前部盒体中矩形侧板的长度且小于中部盒体中矩形侧板的长度；

所述中部盒体中矩形侧板的厚度大于前部盒体中矩形侧板的厚度且小于后部盒体中矩形侧板的厚度。

2.根据权利要求1所述的仙人掌仿生结构吸能盒，其特征在于，所述六个外折角和六个内折角半径的范围为0-6mm，所述内折角角度的范围为30-100度。

3.根据权利要求1所述的仙人掌仿生结构吸能盒，其特征在于，所述前部盒体、中部盒体、后部盒体中矩形侧板的宽度的范围为30-40mm。

4.根据权利要求1所述的仙人掌仿生结构吸能盒，其特征在于，所述前部盒体、中部盒体、后部盒体中矩形侧板的长度的比例为1:3:2。

5.根据权利要求1所述的仙人掌仿生结构吸能盒，其特征在于，所述前部盒体矩形侧板的厚度的范围为0.5-0.7mm，所述中部盒体矩形侧板的厚度的范围为0.7-0.9mm，所述后部盒体矩形侧板的厚度的范围为0.9-1.1mm。

6.基于权利要求1所述的仙人掌仿生结构吸能盒的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)，在Isight优化软件中，选取最优拉丁超立方设计方法，在各个需要优化的设计变量参数预设的阈值范围内均匀选取N组设计样本点，N为大于0的自然数、为预先设定的阈值；所述需要优化的设计变量参数包含矩形侧板的宽度L、内折角半径R₁、前段盒体中矩形侧板的厚度T₁，中段盒体中矩形侧板的厚度T₂，后段盒体中矩形侧板的厚度T₃；

步骤2)，根据选取的设计样本点，在Catia软件中建立N组仙人掌仿生结构吸能盒的CAD模型，对其进行几何清理和网格划分，并设置仙人掌仿生结构吸能盒各部分的材料属性和厚度，结合刚性墙建立N组低速碰撞模型；

步骤3)，将N组低速碰撞模型输入LS-DYNA进行后处理计算，仿真分析结构后对峰值碰撞力、仿生结构吸能盒总吸能、仿生结构吸能盒质量、压缩位移、平均碰撞力、比吸能进行统计计算，利用响应面法构建峰值碰撞力、仿生结构吸能盒质量、压缩位移、比吸能、平均碰撞力的二阶响应面模型，并计算这五个响应面模型的拟合的相关系数和均方根误差；

步骤4)，以仿生结构吸能盒质量、压缩位移、峰值碰撞力作为约束条件，以平均碰撞力和比吸能作为优化目标，以L、R₁、T₁、T₂、T₃作为优化设计变量，构建仙人掌仿生结构吸能盒多目标优化数学模型；

步骤5)，在Isight软件中建立仙人掌仿生结构吸能盒多目标优化数学模型，采用NSGA-II多目标优化算法对选取的设计变量进行多目标优化，得到Pareto解集，从Pareto解集中选取一组最优解；并依据本组最优解建立仿生结构吸能盒有限元模型和低速碰撞模型，代入LS-DYNA中进行后处理计算，获得优化后的仿生结构吸能盒的仿真分析计算结果。