Topological optimization of the automobile bumper design under impact from the passive safety standpoint



Cite item

Full Text

Abstract

Topological optimization of the elements of the automobile's design helps to reduce its weight while maintaining the strength and rigidity characteristics, therefore, the use of optimization in the design process is an important and urgent task. In this paper, topological optimization of the vehicle bumper is considered from the standpoint of passive safety. Brief theoretical information on the optimization method based on application of the method of hybrid cells and the concept of a body of variable density is given. The article presents the developed rational finite element models of the bumper and impactor for topological optimization, the loading scheme is described, the results with acceptable accuracy and minimum solution time using the LS-DYNA solver and the LS-TaSC module are obtained. The selection of the type and size of the finite elements for the solution of the problem of the shock interaction of the bumper and the impactor is substantiated by the example of three models of different degree of structuring. The variants of the initial and boundary conditions for topological optimization are considered. The substantiation of a choice of time of the decision of a problem of impact influence from the point of view of rational use of computer time and accuracy of received results is given. A variant of the design of the bumper and its finite element model is presented after the completion of the optimization results, and a check is made that the modified model satisfies the initial requirements. As a result, the weight of the modified bumper structure was 29% less than the original, while maintaining the stiffness and energy intensity parameters.

About the authors

R. B Goncharov

Bauman MSTU

Email: goncharov.roman@bmstu.ru

V. N Zuzov

Bauman MSTU

Email: zuzvalery@rambler.ru
Dr. Eng.

References

  1. Hamza K., Saitou K. Design optimization of vehicle structures for crashworthiness using equivalent mechanism approximations // ASME J. Mech. Des. 2005. № 127-3. Р. 485-492.
  2. Шаболин М.Л., Вдовин Д.С. Снижение требований к прочности материала подрамника грузового автомобиля с независимой подвеской путем топологической оптимизации конструктивно-силовой схемы // Известия МГТУ «МАМИ». 2016. № 4(30). С. 90-96.
  3. Mayer R.R., Kikuchi N., Scott R.A. Applications of topology optimization techniques to structural crashworthiness // Int. J. Numer. Methods Eng. 1996. № 39 Р. 1383-1403.
  4. Pedersen C.B.W. Topology optimization design of crushed 2-d frames for desired energy absorption // Struct. Multidiscip. Optim. 2003. № 25. Р. 368-382.
  5. Svanberg K. The method of moving asymptotes a new method for structural optimization // 1987. Int. J. Numer. Methods Eng. № 24. Р. 359-373.
  6. Soto C.A. Structural topology optimization for crashworthiness // Int. J. Numer. Methods Eng. 2004. № 9-3. Р. 277-283.
  7. Tovar A. Bone remodeling as a hybrid cellular automaton optimization process // Ph.D. thesis. University of Notre Dame. Notre Dame. IN. 2004.
  8. Шабан Б.А., Зузов В.Н. Особенности моделирования каркасных элементов кузовов и кабин автомобилей при исследовании пассивной безопасности // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 11. doi: 10.7463/1112.0486675
  9. Zhi Xiao, Jianguang Fang, Guangyong Sun, Qing Li Crashworthiness design for functionally graded foam-filled bumper beam // Int. J. Advances in engineering software. 2015. № 85. Р. 81-95.
  10. Шабан Б.А., Зузов В.Н. Особенности построения конечно-элементных моделей кабин для исследования пассивной безопасности при ударе в соответствии с правилами ЕЭК ООН № 29 // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 03. doi: 10.7463/0313.0542301.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2018 Goncharov R.B., Zuzov V.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».