军用车、警用车、安保车等各类专用车辆均有较强的耐碰撞、抗爆炸冲击的防护需求,结合车辆爆炸仿真、试验与多学科优化技术,提升车身的抗爆炸冲击能力、避免车内乘员损伤,一直是车辆安全与防护的研究热点。围绕这一主题,研究爆炸冲击下车身结构动态响应,并揭示车身结构的抗爆炸防护机理,最终发展高效、准确的车身结构抗爆炸优化方法。研究过程中需要综合有限元、爆炸力学、流固耦合动力学、材料力学、冲击动力学、结构动力学、生物力学和多元统计学等多学科知识,并解决爆炸冲击下车身结构中材料动态特性、结构屈曲失稳、优化过程中的数据交换与计算复杂性等关键科学问题。基于此,本文首先研究了结构爆炸冲击仿真算法,明确了车身受爆炸冲击下复杂的耦合边界条件,并结合实爆试验对车身结构与车内乘员仿真进行了参数辨识,然后结合参数影响分析对爆炸冲击下的车身结构、V型组件和蜂窝夹层组件的防护机理展开研究,最后对车身结构的抗爆炸冲击性能开展多学科优化研究,获取各类型车身的优化设计方案,主要的研究结果及结论有:(1)阐述了ALE-FSI爆炸仿真算法中的爆炸源模型、冲击波传播模型、结构冲击响应等关键问题,形成了能准确描述爆源、冲击波与结构响应的爆炸冲击仿真算法。并利用该算法研究了爆炸瞬间爆轰波、冲击波的扩展与传播,分析了爆炸冲击下的约束方形板响应与方形板动态应变率范围,发现了影响爆炸仿真算法精度的敏感参数。(2)研究了爆炸冲击下车身模块化建模方法与车身连接结构建模方法,并通过模态试验验证了白车身有限元模型,对不同的车身材料进行了准静态拉伸试验、霍普金森杆试验、缺口拉伸试验、不同温度拉伸试验,建立了防护型车身的Johnson-Cook材料动态本构模型,研究了轻型车身与重型车身及其乘员的动态响应与应力波传播规律,揭示了爆炸冲击下考虑材料应变率效应的车身结构、乘员约束系统、乘员间复杂的冲击传递关系。(3)通过对某轻型车身与某重型车身进行实爆试验,获取了爆炸冲击下车身动态响应,引入时域响应误差评估方法,利用动态时间规整评估幅值误差,互相关函数评估相位误差,斜率偏离度评估形状误差,并以耦合罚函数因子、耦合点数量、计算步长和流场网格尺寸等车身冲击响应仿真的关键参数为优化变量,结合多目标优化方法,揭示了关键仿真参数对车身冲击响应仿真偏差的影响,提出了基于EARTH的车身冲击响应仿真参数辨识方法,利用该方法明显减少了爆炸仿真中流固耦合的渗漏现象,有效提升了车身时域响应的精度,其中幅值误差降低了 15.8%,相位误差降低了56.6%,形状误差降低了69.5%。(4)引入屈曲分析理论,明确了车身抗爆炸冲击稳定性的分析假设、限制与边界条件,提出了车身抗爆炸冲击屈曲稳定性评估方法,通过该方法进行优化设计提升了某车身结构的抗爆炸稳定性,避免车身中出现局部屈曲模态振型从而损伤车内乘员;利用ALE-FSI爆炸仿真算法对车身悬置影响、V型组件的置偏效应与间隙效应的影响、蜂窝夹层组件的面板材料、压缩方向、蜂窝结构形貌参数对压缩吸能作用展开研究,揭示了爆炸冲击下车身结构防护机理,为提升车身的抗爆炸冲击能力提供理论依据。(5)以非层次结构为求解策略,结合近似技术与Pareto最优理论,解决了某重型车身多学科优化中目标多、信息交换复杂的困难;以多级优化结构为求解策略,结合近似技术与因子分析理论,提出了基于因子分析多学科优化的变量空间降维方法,在不筛除设计变量数量的情况下,有效缩减车身抗爆炸多学科优化中变量矩阵的维度,克服了某轻型车身多学科优化中设计变量多、计算复杂性的困难,以较少的计算花费,高精度地求解车身抗爆炸多学科优化问题。所给出的优化方案有效提升了车身结构的抗爆炸冲击性能,对我国各类专用车辆的抗爆炸冲击设计与研制提供参考。