人体头部损伤很容易产生致命伤害,而造成行人头部致命伤害的重要原因就是行人头部与发动机罩之间的碰撞,汽车发动机罩的合理设计有助于减轻行人头部的伤害程度,因此汽车发动机罩的研究对于行人安全保护具有十分重要的意义。随着汽车技术的快速发展,各种新型的汽车发动机罩被相继提出,在这些新型发动机罩中,夹层结构发动机罩不仅具有很好的行人头部保护效果,而且还能在减轻发动机罩质量的同时提高其吸能能力,在实际应用中具有非常好的应用前景。然而,目前研究的这些新型夹层结构发动机罩的夹芯主要是泡沫或者蜂窝材料,并没有三维点阵结构材料发动机罩的相关研究,而点阵结构具有比泡沫等材料更好的缓冲吸能效果,因此,本文提出一种新型轻质极小化曲面(Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS)点阵夹层结构发动机罩,并开展了以下研究工作:(1)基于国标GB/T 24550-2009,应用LS-DYNA及HYPERMESH等有限元仿真软件建立了符合标准要求的行人头型冲击器。另外,研究工作需要用到整车模型,其结构复杂,涉及到材料非线性、接触非线性等多重非线性力学问题,因此对于整车模型的简化、边界条件以及接触条件的定义都是难点,本文通过多次调整与验证,最终获得了精度高、稳定性好的整车模型。(2)采用了一种新型的点阵材料,即三周期极小化曲面(TPMS)点阵结构。该结构是由三周期极小化曲面进行三维镜像而成,因此称为三周期极小化曲面(TPMS)点阵结构。本文使用基于LS-DYNA的非线性有限元方法研究了四种构型的点阵结构,对比分析了三种变量分别对四种构型的TPMS点阵结构耐撞性的影响,在此基础上,应用基于克里金(Kriging)近似代理模型和非分支配排序遗传算法(NSGA)的优化设计方法对仿真结果进行优化设计。在该优化设计方法中,采用克里金近似代理模型来替代高计算成本的有限元分析,来提高计算效率。(3)利用优化设计得出的最优TPMS点阵结构构建了新型的发动机罩,采用基于LS-DYNA的非线性有限元分析方法对常用的传统汽车发动机罩与三种夹层厚度的新型发动机罩的行人头部保护性能做了对比研究。结果表明利用TPMS点阵结构构造的新型发动机罩具有非常好的行人保护性能。本文的研究结果表明,TPMS点阵结构具有非常好的耐撞性,拥有很好的工程应用潜力,另外,由其构造的新型汽车发动机罩的行人安全保护性能比传统汽车发动机罩优越,在未来的汽车应用上具有很好的应用前景。