薄壁吸能结构作为碰撞等突发事件过程中耗散冲击能量的主要构件,被广泛应用于汽车、航天航空、船舶等各个领域。交通运输工具在发生碰撞事故时,其薄壁吸能结构吸收了大部分冲击动能,吸能构件的抗撞性能直接关系到受冲击整体结构和人身的被动安全性。薄壁结构因为其质量轻,变形吸能效率高而被广泛用作抗撞结构。研发质量轻,效率高,具有良好抗撞性能的薄壁吸能结构对提高乘车人民生命和财产安全性,节约能源,改善环境具有重大的实际意义。本文在传统光滑表面的薄壁结构上添加规则波纹,研究这种新型结构的能量吸收性能并对其进行最优化设计,旨在提高金属薄壁结构的抗撞性和能量吸收性能。在本文的研究在汽车的主要吸能构件——前纵梁上的应用十分典型。　　 传统抗撞结构的研究通过多次实验进行设计,成本高,研究周期长。本文应用合理的理论分析模型、可靠的有限元数值模拟技术和最优化设计方法,从以下几个主要方面对薄壁结构吸能构件,进行了抗撞性数值分析与优化设计:　　 1、应用显式有限元技术(ANSYS/LS-DYNA)对轴向冲击载荷下的光滑表面薄壁结构进行数值模拟,并研究其能量吸收特性,不但重现了被撞目标发生正面碰撞时,溃缩区主要薄壁吸能结构的受力变形过程,同时验证了有限元分析手段的可靠性和准确性。　　 2、在传统的光滑圆柱和方形薄壁结构上添加三面波纹或金字塔型波纹,分别建立优化模型,以新结构的最大吸能为优化目标,波纹个数和尺寸为设计变量。采用斐波那契搜索法处理离散变量.结构截面边数,应用响应面法拟合目标函数,采用遗传算法对优化模型进行求解。　　 3、开发优化设计软件,方便工程师应用本文成果对抗撞结构,如汽车前纵梁或类似的工程结构进行优化设计,提高了优化设计效率和工程应用可行性。　　 本文研究表明,在传统的薄壁结构上添加规则波纹,可以明显提高结构变形的可控制性,提高吸收耗散动能性能。用响应面法与显式有限元分析相结合的数值求解技术来求解这类接触-碰撞的强非线性问题,计算效率高,拟合结果较准确。对响应面所拟合的目标函数进行优化求解,得到本文设计的新型结构的最优设计参数。本文以汽车前纵梁为例,应用上述思路和方法,得到抗撞性能最优的新型汽车前纵梁,对于车身、船身和其他薄壁抗撞结构的抗撞性研究也具有重要的参考价值,为寻求更优良的吸能构件结构提供了一个新的方法。