Crashworthiness Optimization of Nested and Concentric Circular Tubes Using Response Surface Methodology and Genetic Algorithm

Abstract

En este estudio, la optimización de la resistencia a los choques de tubos circulares anidados y concéntricos bajo carga de impacto se realiza mediante el acoplamiento del modelo de elementos finitos, los modelos de superficie de respuesta y el algoritmo genético. La absorción de energía específica SEA y la eficiencia de la fuerza de choque CFE se utilizan en la optimización de la resistencia a los choques, ya que estos criterios son indicadores importantes para evaluar el rendimiento de resistencia a los choques. La longitud y el grosor de tres tubos concéntricos, así como el radio de un tubo, se adoptan como variables de diseño que son parámetros efectivos en SEA y CFE.Para reducir el costo computacional del procedimiento de optimización, se crean modelos de superficie de respuesta simples y computacionalmente baratos para reemplazar los análisis de elementos finitos en cálculos adicionales. El algoritmo genético de clasificación no dominado -II NSGAII se aplica para obtener las soluciones óptimas de Pareto. Los resultados de optimización se presentan para diferentes diseños seleccionados que indican la importancia relativa de las funciones multiobjetivo. Los resultados muestran que el peso total de los vehículos se puede reducir mediante el uso de tubos anidados en comparación con tubos individuales con masas idénticas. Estos diseños se pueden adoptar para su uso en la práctica.Dans cette étude, l'optimisation de la résistance à l'écrasement de tubes circulaires imbriqués et concentriques sous charge d'impact est effectuée en couplant le modèle par éléments finis, les modèles de surface de réponse et l'algorithme génétique. L'absorption d'énergie spécifique SEA et l'efficacité de la force d'écrasement CFE sont utilisés dans l'optimisation de la résistance à l'écrasement car ces critères sont des indicateurs importants pour évaluer la performance de résistance à l'écrasement. La longueur et l'épaisseur de trois tubes concentriques ainsi que le rayon d'un tube sont adoptés comme variables de conception qui sont des paramètres efficaces sur SEA et CFE.Pour réduire le coût de calcul de la procédure d'optimisation, des modèles de surface de réponse simples et peu coûteux en calcul sont créés pour remplacer les analyses par éléments finis dans d'autres calculs. L'algorithme génétique de tri non dominé -II NSGAII est appliqué pour obtenir les solutions optimales de Pareto. Les résultats d'optimisation sont présentés pour différentes conceptions sélectionnées qui indiquent l'importance relative des fonctions multi-objectives. Les résultats montrent que le poids total des véhicules peut être réduit en utilisant des tubes imbriqués par rapport à des tubes uniques de masses identiques. Ces conceptions peuvent être adoptées pour une utilisation dans la pratique.In this study crashworthiness optimization of nested and concentric circular tubes under impact loading is performed by coupling Finite Element model, Response Surface Models and Genetic Algorithm.Specific Energy Absorption SEA and Crash Force Efficiency CFE are used in crashworthiness optimization since these criteria are important indicators for evaluating crashworthiness performance.Length and thickness of three concentric tubes as well as radius of one tube are adopted as design variables which are effective parameters on SEA and CFE.To reduce the computational cost of the optimization procedure, simple and computationally cheap Response Surface Models are created to replace finite element analyses in further calculations.The Non-dominated Sorting Genetic Algorithm -II NSGAII is applied to obtain the Pareto optimal solutions.Optimization results are presented for different selected designs that indicate relative importance of multi-objective functions.Results show that the total weight of the vehicles can be reduced by using nested tubes comparing to single tubes with identical masses.These designs can be adopted for use in practice.في هذه الدراسة، يتم إجراء تحسين صلاحية التصادم للأنابيب الدائرية المتداخلة والمركزة تحت تأثير التحميل عن طريق اقتران نموذج العناصر المحدودة، ونماذج سطح الاستجابة والخوارزمية الجينية. يتم استخدام نماذج سطح امتصاص الطاقة الخاصة وكفاءة قوة التصادم في تحسين صلاحية التصادم لأن هذه المعايير هي مؤشرات مهمة لتقييم أداء صلاحية التصادم. يتم اعتماد طول وسماكة ثلاثة أنابيب متحدة المركز بالإضافة إلى نصف قطر أنبوب واحد كمتغيرات تصميم وهي معلمات فعالة على SEA و CFE. لتقليل التكلفة الحسابية لإجراء التحسين، يتم إنشاء نماذج سطح استجابة بسيطة ورخيصة حسابيًا لتحل محل تحليلات العناصر النهائية في المزيد من الحسابات. يتم تطبيق الخوارزمية الجينية للفرز غير المهيمنة - II NSGAII للحصول على حلول باريتو المثلى. يتم تقديم نتائج التحسين للتصاميم المختارة المختلفة التي تشير إلى الأهمية النسبية للوظائف متعددة الأهداف. تظهر النتائج أنه يمكن تقليل الوزن الإجمالي للمركبات عن طريق استخدام الأنابيب المفردة للمقارنة مع التصاميم الجماعية. يمكن اعتمادها في الممارسة العملية.