环形柔性复合防护结构的多目标优化设计

卞晓兵; 雷洁琼; 杨磊; 黄广炎; 王涛; 王芳

doi:10.12382/bgxb.2025.0926

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

环形柔性复合防护结构的多目标优化设计

更新时间：2026-09-04

- 环形柔性复合防护结构的多目标优化设计
- Multi-objective Optimization Design of Circular Flexible Composite Protective Structure
- 兵工学报 2026年47卷第8期页码：250926
- 作者机构：
  
  北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室，北京 100081
- 作者简介：
  
  邮箱：fang_w@bit.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然基金面上项目(12572427);北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室自主研究课题(YBKT25-03)
- DOI：10.12382/bgxb.2025.0926
  中图分类号： O383
- 收稿：2025-10-16，
  
  纸质出版：2026-08-31
- 稿件说明：
移动端阅览
卞晓兵,雷洁琼,杨磊等.环形柔性复合防护结构的多目标优化设计[J].兵工学报,2026,47(08):250926.

BIAN Xiaobing,LEI Jieqiong,YANG Lei,et al.Multi-objective Optimization Design of Circular Flexible Composite Protective Structure[J].ACTA ARMAMENTARII,2026,47(08):250926.
卞晓兵,雷洁琼,杨磊等.环形柔性复合防护结构的多目标优化设计[J].兵工学报,2026,47(08):250926. DOI： 10.12382/bgxb.2025.0926.

BIAN Xiaobing,LEI Jieqiong,YANG Lei,et al.Multi-objective Optimization Design of Circular Flexible Composite Protective Structure[J].ACTA ARMAMENTARII,2026,47(08):250926. DOI： 10.12382/bgxb.2025.0926.

摘要

为研究设计最优环形柔性复合防护结构，建立环形柔性复合结构优化设计方案和有限元模型，开展数值仿真分析，得到了冲击波在环形柔性复合防护结构内的传播规律，并与试验进行对比，仿真计算结果与试验结果吻合良好。基于批量化数值仿真计算结果，进行优化设计，构建关键设计参数的响应面模型，并分析其灵敏度；通过非支配排序遗传算法Ⅱ（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II，NSGA-Ⅱ）得到最优防护结构，并开展对比实爆试验。研究结果表明：采用优化后的防护结构，能够具备质量轻、内径大、高度低、冲击波压力峰值低的特点，相对于未优化的质量减轻了9.1%，冲击波压力峰值降低了18.7%。

Abstract

To study and design the optimal circular flexible composite protective structure， an optimized design scheme and a finite element model for the circular flexible composite protective structure are established. Numerical simulation analysis is conducted to obtain the propagation law of shock waves in the protective structure. The simulated results are in good agreement with the experimental results. Based on the results of numerical simulations， optimization design is carried out， a response surface model for key parameters is constructed and its sensitivity is analyzed. The optimal protective structure is obtained through the non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ （NSGA-Ⅱ）， and a comparative real explosion test is conducted. The results show that the optimized protective structure features light weight， large inner diameter， low height， and low peak shock wave pressure. The weight and peak shock wave pressure of the optimized protective structure are reduced by 9.1% and 18.7%， respectively， compared with those of the unoptimized structure.

关键词

Keywords

references

The national consortium for the study of terrorism and responses to terrorism （Start） . Global terrorism database（GTD）［EB/OL］. （ 2024-05-01 ）［ 2025-09-10 ］. https：//www.start.umd.edu/gtd/ https://www.start.umd.edu/gtd/ .

Zhou Y ， Xie Y C ， Pan T ， et al . Flexible materials and structures for mitigating combined blast and fragment loadings-a review ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2023 ， 181 ： 104759 .

Ma L ， Xin J ， Hu Y ， et al . Ductile and brittle failure assessment of containment vessels subjected to internal blast loading ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2013 ， 52 ： 28 - 36 .

Bhattacharyya R ， Russian O ， Dereli O ， et al . A finite element analysis-based approach for blast-resistant design of LNG containment tanks ［J］. Structures ， 2024 ， 59 ： 105757 .

Dong Q ， Hu B Y . Dynamic behavior of carbon fiber explosion containment vessels ［J］. Journal of Pressure Vessel Technology ， 2016 ； 138 （ 1 ）： 011202 .

刘瀚，赵耀，郭志威，等 . 防爆装备对TNT炸药爆炸强噪声的防护性能［J］. 兵工学报， 2022 ， 43 （ 9 ）： 2058 - 2074 .

Liu H ， Zhao Y ， Guo Z W ， et al . Performance of explosive-proof equipment in protecting against high-level TNT explosion sound ［J］. Acta Armamentarii ， 2022 ， 43 （ 9 ）： 2058 - 2074 . （in Chinese）

杨磊，刘瀚，黄广炎，等 . 典型防爆装备对TNT爆炸冲击波的防护性能［J］. 兵工学报， 2023 ， 44 （ 10 ）： 2871 - 2884 .

Yang L ， Liu H ， Huang G Y ， et al . Protection performance of typical explosion-proof equipment against TNT blast shock wave ［J］. Acta Armamentarii ， 2023 ， 44 （ 10 ）： 2871 - 2884 . （in Chinese）

Tian C ， Yang S ， Feng J H ， et al . Influence of polyurea on dynamic response behaviors of cylindrical composite shells under internal explosion load ［J］. Composite Structures ， 2024 ， 329 ： 117800 .

解江，高斌元，蒋逸伦，等 . 纤维织物袋的内爆响应与抗爆性能［J］. 复合材料学报， 2023 ， 40 （ 4 ）： 2441 - 2450 .

Xie J ， Gao B Y ， Jiang Y L ， et al . Implosion response and anti-explosion performance of fabric bags ［J］. Acta Materiae Compositae Sinica ， 2023 ， 40 （ 4 ）： 2441 - 2450 . （in Chinese）

朱炜 . 液体-纤维复合结构对内爆炸多载荷的防护机理及应用研究［D］. 北京：北京理工大学， 2021 .

Zhu W . Research on protective mechanisms and application of fluid-fiber composite structures against internal explosion induced multiple loadings ［D］. Beijing ： Beijing Institute of Technology ， 2021 . （in Chinese）

Chen L ， Zhang L ， Fang Q ， et al . Performance based investigation on the construction of anti-blast water barrier ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2015 ， 81 ： 17 - 33 .

Bornstein H ， Ryan S ， Mouritz A . Physical mechanisms for near-field blast mitigation with fluid containers： effect of container geometry ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2016 ， 96 ： 61 - 77 .

顾文彬 . 复合吸能圆柱形爆炸容器抗爆机理与结构设计［M］. 北京：科学出版社， 2023 .

Gu W B . Anti-explosion mechanism and structural design of composite energy-absorbing cylindrical explosion containers ［M］. Beijing ： Science Press ， 2023 . （in Chinese）

胡俊华，董奇，胡八一，等 . 抗爆容器的内部爆炸效应和动态力学行为研究进展［J］. 含能材料， 2024 ， 32 （ 9 ）： 986 - 1008 .

Hu J H ， Dong Q ， Hu B Y ， et al . Research progress on internal blast effects and dynamic mechanical behavior of explosion containment vessels ［J］. Chinese Journal of Energetic Materials ， 2024 ， 32 （ 9 ）： 986 - 1008 . （in Chinese）

Liu H ， Yue Z S ， Zhang R ， et al . Blast response and multi-objective optimization of multi-layered kirigami corrugated sandwich panels ［J］. Engineering Structures ， 2025 ， 332 ： 120045 .

陈常发，武军安，郭锐，等 . 基于串联神经网络的雷达罩抗爆性能厚度等效模型［J］. 兵工学报， 2025 ， 46 （ 9 ）： 224 - 237 .

Chen C F ， Wu J A ， Guo Y ， et al . Thickness equivalence model based on serial neural network for explosion resistance of radome ［J］. Acta Armamentarii ， 2025 ， 46 （ 9 ）： 224 - 237 . （in Chinese）

GB 41777-2022 法庭科学爆炸物爆炸威力检验方法［S］.

GB 41777-2022 examination methods for explosive strength ［S］. （in Chinese）

Srinivas N ， Deb K . Multiobjective optimization using nondominated sorting in genetic algorithms ［J］. Evolutionary Computation ， 1994 ， 2 （ 3 ）： 221 - 248 .

Deb K ， Pratap A ， Agarwal S ， et al . A fast and elitist multi-objective genetic algorithm： NSGA-II ［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation ， 2002 ， 6 （ 2 ）： 182 - 197 .

Fallah A S ， Micallef K ， Langdon G S ， et al . Dynamic response of Dyneema HB26 plates to localised blast loading ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2014 ， 73 ： 91 - 100 .

Lee E ， Finger M ， Collins W . JWL equation of state coefficients for high explosives ［R］. 1973-01-16 ： 3 - 4 .

Rogers G F C ， Mayhew Y R . Thermodynamic and transport properties of fluids ［M］. Hoboken， NJ， US ： John Wiley & Sons， Inc. ， 1995 .

郑永辉，魏继锋 . 水介质初始参数设置对水下爆炸载荷的影响［J］. 爆炸与冲击， 2022 ， 42 （ 5 ）： 63 - 72 .

Zheng Y H ， Wei J F . Effect of initial parameter setting of water on load characteristics of underwater explosion ［J］. Explosion and Shock Waves ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 63 - 72 .

Zhou Y ， Wang T ， Zhu W ， et al . Evaluation of blast mitigation effects of hollow cylindrical barriers based on water and foam ［J］. Composite Structures ， 2022 ， 282 ： 115016 .

Zhu W ， Huang G Y ， Liu C M ， et al . Experimental and numerical investigation of a hollow cylindrical water barrier against internal blast loading ［J］. Engineering Structures ， 2018 ， 172 ： 789 - 806 .

ANSYS INC . Workbench designXplorer users guide ［Z/OL］. Canonsburg ， PA， US：ANSYS Inc， 2024 . https：//ansyshelp.ansys.com/public/Views/Secured/corp/v251/en/pdf/DesignXplorer _Users_Guide.pdf https://ansyshelp.ansys.com/public/Views/Secured/corp/v251/en/pdf/DesignXplorer_Users_Guide.pdf .

UFC 3-340-02 structures to resist the effects of accidental explosions ［S］.

浏览量

145

下载量

CNKI被引量

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

聚氨酯泡沫-液体填充结构的抗爆特性

自动变速器比例电磁阀优化设计与分析

面向野战火箭远程化的内外弹道协同优化方法

异质异构抗12.7 mm穿燃弹损伤响应行为

焊接熔池实时三维重构的测算融合方法