軍用車輛底部爆炸沖擊下載員下肢保護(hù)裝置設(shè)計(jì)與優(yōu)化

孫曉旺， 張進(jìn)成， 彭兵， 章金坤， 王顯會

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇 南京 210094)

0 引言

在當(dāng)前世界以非對稱作戰(zhàn)為主的戰(zhàn)爭模式中，軍用車輛遂行戰(zhàn)場任務(wù)時(shí)面臨的主要威脅之一是簡易爆炸物(IED)和地雷[1]等產(chǎn)生的爆炸沖擊。爆炸沖擊波首先作用于車輛底部，對車輛產(chǎn)生劇烈的沖擊，這種沖擊作用通過車內(nèi)結(jié)構(gòu)傳遞到地板，最后通過地板傳遞給車內(nèi)載員，造成載員的生理損傷[2]。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示下肢是車輛爆炸事件中士兵最常受傷的部位[3-5]。美軍統(tǒng)計(jì)了456起戰(zhàn)爭中地雷爆炸造成的載員傷亡事件，發(fā)現(xiàn)其中44%載員的下肢受到嚴(yán)重?fù)p傷。但是，目前車輛底部爆炸防護(hù)領(lǐng)域的研究更集中于車輛防護(hù)組件[6-10]；下肢保護(hù)方面的研究也多集中于下肢的損傷指標(biāo)和規(guī)律[11-13]，鮮見關(guān)于下肢保護(hù)裝置的文獻(xiàn)。因此，針對爆炸環(huán)境下車內(nèi)地板沖擊導(dǎo)致的載員小腿損傷，設(shè)計(jì)下肢保護(hù)裝置并進(jìn)行仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以提高軍用車輛載員的防護(hù)能力，進(jìn)而提高整體戰(zhàn)斗力，在車輛設(shè)計(jì)領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

本文針對載員下肢損傷問題，結(jié)合柔性地板結(jié)構(gòu)和防雷腳墊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)車輛載員下肢保護(hù)裝置；采用有限元(FEM)仿真方法對下肢保護(hù)裝置的防護(hù)性能進(jìn)行驗(yàn)證和參數(shù)分析；采用拉丁超立方(LHS)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、Kriging代理模型和Pareto最優(yōu)解集對下肢保護(hù)裝置進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化；最后利用整車爆炸試驗(yàn)驗(yàn)證下肢保護(hù)裝置設(shè)計(jì)方案的有效性，以及仿真和優(yōu)化方法的可信性。

1 下脛骨軸向力仿真分析

結(jié)合任意拉格朗日- 歐拉(ALE)算法和FEM算法，對底部爆炸載荷下某型軍用車輛及車內(nèi)載員的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行仿真。圖1給出了包含梯恩梯(TNT)、土壤、空氣、車輛和混合III型50百分位假人的仿真模型，對車輛進(jìn)行合理配重，其質(zhì)心位置及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與原車滿載時(shí)相同。TNT、土壤和空氣采用ALE算法模擬，整車和假人采用FEM算法模擬，兩種算法之間采用流體與固體耦合(FSI)算法進(jìn)行耦合計(jì)算。

圖1 整車爆炸仿真有限元模型Fig.1 FEM model of vehicle explosive simulation

采用6 kg TNT扁圓形藥柱作為地雷替代物，放置于載員底部(北大西洋公約組織標(biāo)準(zhǔn)STANAG 4569裝甲車輛乘員防護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)2b級工況[14])。TNT采用Jones-Wilkins-Lee(JWL)狀態(tài)方程[15-16]；土壤采用LS-DYNA軟件中的MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE本構(gòu)模型[16]；空氣采用線性多項(xiàng)式狀態(tài)方程[16]；車身主要材料為防彈鋼、Q235鋼和T651鋁合金，采用如下考慮應(yīng)變率效應(yīng)的Johnson-Cook本構(gòu)模型[17-18]模擬其動(dòng)態(tài)力學(xué)行為：

(1)

采用對應(yīng)的損傷模型[17-18]模擬其斷裂行為：

(2)

式中：εf為斷裂塑性應(yīng)變，當(dāng)材料的累計(jì)塑性應(yīng)變大于等于εf時(shí)發(fā)生斷裂；σ*為材料的應(yīng)力三軸度，等于壓力與等效應(yīng)力的比值；D1、D2、D3、D4、D5為材料參數(shù)。本構(gòu)模型和損傷模型的參數(shù)如表1所示。

表1 車體材料模型參數(shù)Tab.1 Parameters of vehicle material models

仿真獲取駕駛員位置假人的下脛骨軸向力時(shí)程曲線如圖2所示，左右下脛骨軸向力峰值分別為15.3 kN和15.4 kN，遠(yuǎn)超北大西洋公約組織標(biāo)準(zhǔn)AEP-55裝甲車輛防護(hù)等級試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)——地雷威脅中規(guī)定的5.4 kN. 因此本文設(shè)計(jì)了下肢保護(hù)裝置，以減小爆炸引起的地板沖擊對車內(nèi)載員下肢的傷害。

圖2 載員下脛骨軸向力時(shí)程曲線Fig.2 Axial force-time curves of occupant’s tibias

2 下肢保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

由于車身整體高度限制，下肢保護(hù)裝置高度方向的設(shè)計(jì)空間為10 cm. 從下肢保護(hù)角度出發(fā)，需要設(shè)計(jì)一種能夠產(chǎn)生壓縮平臺力的結(jié)構(gòu)，從而吸收和緩沖地板的沖擊能量，降低載員下肢損傷。下肢保護(hù)裝置吸收的能量可以用平臺力乘以壓縮量來衡量，當(dāng)平臺力過小時(shí)，裝置在設(shè)計(jì)高度空間內(nèi)可能無法吸收全部沖擊能量，導(dǎo)致其完全壓潰，地板直接沖擊載員下肢；具有較大平臺力的裝置在壓縮量相同時(shí)能夠吸收更多的沖擊能量，但是如果平臺力過大，則裝置能夠傳遞給載員下肢的沖擊力就更大，因此需要根據(jù)載荷和載員下肢損傷情況設(shè)計(jì)裝置的壓縮特性。本文設(shè)計(jì)了一種雙層結(jié)構(gòu)的小腿保護(hù)裝置：下層的柔性地板結(jié)構(gòu)壓縮平臺力較大，以吸收更多的地板沖擊能量；上層防雷腳墊壓縮平臺力較小，以緩沖對小腿的沖擊。

2.1 柔性地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的鏤空式柔性地板如圖3所示，包括上板、支架與底部限位連接框。其中上板為鏤空板，圍繞上板三邊設(shè)有多個(gè)割縫，多個(gè)割縫依次排列形成條狀割縫，多排條狀割縫并列設(shè)置形成割縫帶，割縫帶將上板外圈與內(nèi)圈分開，內(nèi)圈放置載員足部。底部限位連接框?yàn)橛?條豎板和1條橫板構(gòu)成的框狀，豎板位于橫板的兩端，與橫板垂直設(shè)置，支架為L形結(jié)構(gòu)(見圖4)，支架將上板和底部限位連接框連接，上板、支架與底部限位連接框都采用T651鋁合金制成，材料模型及參數(shù)見第1節(jié)。鏤空式柔性地板長500 mm，寬300 mm，高70 mm.

圖3 鏤空式柔性地板結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of flexible floor

圖4 鏤空式柔性地板內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.4 Inner structure of flexible floor

此柔性地板結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)吸能盒。當(dāng)車輛受到底部爆炸加載時(shí)，車內(nèi)原地板沖擊柔性地板的下層板，再通過側(cè)面豎板傳遞至上板周圍，上板割縫帶開裂拉伸，上板和下層板之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，在此過程中上板割縫處材料持續(xù)產(chǎn)生塑性變形，吸收沖擊能量。

2.2 柔性地板結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

對柔性地板結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模并導(dǎo)入整車爆炸仿真模型，通過仿真分析不同參數(shù)對柔性地板結(jié)構(gòu)防護(hù)能力的影響。

2.2.1 L形支架厚度對柔性地板防護(hù)能力的影響

上板厚度4 mm和上板割縫排數(shù)為3排保持不變，L形支架厚度分別取2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果顯示，隨著L形支架厚度的增加，假人下脛骨軸向力逐漸減小，然后呈現(xiàn)平緩趨勢(見表2)。這是因?yàn)長形支架較薄時(shí)，在沖擊過程中很容易彎曲，導(dǎo)致下層板撞擊上板，將沖擊直接傳遞給載員小腿；當(dāng)L形支架厚度較大時(shí)，可防止下層板撞擊上板，充分利用割縫區(qū)的吸能作用，但由于柔性地板整體的剛強(qiáng)度相對較大，載員小腿力仍然無法達(dá)標(biāo)。

表2 不同L形支架厚度的小腿力峰值Tab.2 Peak axial forces of tibia for differentthicknesses of L-type bracket

2.2.2 上板厚度對柔性地板防護(hù)能力的影響

L形支架厚度5 mm和上板割縫排數(shù)為3排保持不變，上鏤空板厚度分別取2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果顯示，隨著上板厚度的增加，假人下脛骨軸向力先下降后上升(見表3)。這是因?yàn)樯习搴穸扔绊懥烁羁p區(qū)拉伸變形的剛強(qiáng)度，當(dāng)上板厚度較小時(shí)，上板本身對載員下肢的沖擊更小，但會增大上板和下板的撞擊強(qiáng)度，反而增大了對下肢的沖擊；當(dāng)上板厚度較大時(shí)，可以避免上板和下板的撞擊，但是上板本身對載員下肢的沖擊更大；只有上板厚度設(shè)置恰當(dāng)，割縫區(qū)具有恰當(dāng)?shù)膭倧?qiáng)度，才能在避免上板和下板撞擊的同時(shí)，降低上板本身對載員下肢的沖擊，起到較好的保護(hù)作用。

表3 不同上板厚度的小腿力峰值Tab.3 Peak axial forces of tibia for differentthicknesses of upper pad

2.2.3 上板割縫排數(shù)對柔性地板防護(hù)能力的影響

L形支架厚度5 mm和上板厚度4 mm保持不變，上板割縫排數(shù)分別選取2排、3排、4排進(jìn)行仿真(見圖5)。仿真結(jié)果顯示，隨著割縫排數(shù)的增加，假人下脛骨軸向力先下降、后上升(見表4)。與上板厚度類似，割縫排數(shù)通過影響割縫區(qū)拉伸變形的剛強(qiáng)度，對柔性地板的小腿保護(hù)作用產(chǎn)生影響。

圖5 不同割縫排數(shù)的上板Fig.5 Upper pads with different number of gaps

表4 不同割縫排數(shù)的小腿力峰值

通過對柔性地板結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)：柔性地板結(jié)構(gòu)可以大幅度提高車輛的載員下肢保護(hù)能力，由表2～表4可知：L形支架5 mm、上板厚度4 mm和上板割縫排數(shù)為3排是目前最優(yōu)結(jié)果，左右下脛骨力峰值分別為7.9 kN和8.2 kN，相比原始模型15.3 kN和15.4 kN分別降低48.4%和46.8%；另一方面，單層柔性地板仍然無法保證載員小腿力達(dá)標(biāo)，這是因?yàn)樵诒ＷC下層板不撞擊上板的前提下，柔性地板的整體剛強(qiáng)度依然過大，對載員小腿造成了較大的沖擊。

2.3 半圓管型防雷腳墊設(shè)計(jì)與分析

2.3.1 半圓管型防雷腳墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文同時(shí)設(shè)計(jì)了半圓管型防雷腳墊置于柔性地板之上，其剛強(qiáng)度和平臺力小于柔性地板，可對沖擊進(jìn)行二次緩沖。半圓管型防雷腳墊采用T651鋁合金制成，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要由5個(gè)半圓管組成，半圓管半徑和腳墊厚度均為30 mm. 防雷腳墊置于柔性地板之上，組成下肢保護(hù)裝置(見圖7)，當(dāng)半圓管型腳墊受到柔性地板沖擊時(shí)，半圓管會發(fā)生變形，直至壓潰，此過程中吸收沖擊能量，降低載員小腿所受沖擊。

圖6 半圓管型防雷腳墊結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of explosion-proof foot pad

圖7 下肢保護(hù)裝置Fig.7 Structure of lower limb protection device

2.3.2 半圓管管壁厚度對防雷腳墊防護(hù)能力的影響

對半圓管型防雷腳墊進(jìn)行有限元建模并導(dǎo)入整車爆炸仿真模型，置于柔性地板之上(見圖8)，通過仿真分析不同參數(shù)對防雷腳墊防護(hù)能力的影響。

圖8 下肢保護(hù)裝置和假人模型Fig.8 Lower limb protection device and dummy model

采用2.2節(jié)中最優(yōu)的柔性地板結(jié)構(gòu)(L形支架厚5 mm、上板厚4 mm、上板割縫排數(shù)為3)，防雷腳墊管壁厚度分別選取0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm和0.5 mm進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果顯示，隨著管壁厚度的增加，假人下脛骨軸向力逐漸減小(見表5)。當(dāng)管壁厚度為0.5 mm時(shí)，左右下脛骨力峰值分別為4.70 kN和4.64 kN，相比原始模型的15.3 kN和15.4 kN分別降低了69.3%和69.9%，滿足北大西洋公約組織標(biāo)準(zhǔn)AEP-55中的指標(biāo)要求.

表5 不同管壁厚度的小腿力峰值Tab.5 Peak axial forces of tibia for differentthicknesses of tube wall in foot pad

2.4 靜剛度分析

下肢保護(hù)裝置除了需要在爆炸載荷下保護(hù)載員下肢外，在日常使用中還需要提供良好的支撐能力，不能發(fā)生大的形變，因此采用NASTRAN有限元程序?qū)θ嵝缘匕搴头览啄_墊進(jìn)行靜剛度分析，要求在施加1 kN力的作用下，下肢保護(hù)裝置垂向總變形量小于5 mm，即靜態(tài)剛度>200 N/mm. 仿真結(jié)果如圖9和圖10所示，柔性地板最大變形量為1.23 mm，防雷腳墊最大變形量為0.64 mm，下肢保護(hù)裝置總變形量等于1.87 mm，滿足日常使用要求。

圖9 柔性地板變形云圖Fig.9 Deformation of flexible floor

圖10 防雷腳墊變形云圖Fig.10 Deformation of explosion-proof foot pad

3 下肢保護(hù)裝置多目標(biāo)優(yōu)化

為進(jìn)一步提高下肢保護(hù)裝置的防護(hù)性能，對保護(hù)裝置進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。首先確定設(shè)計(jì)變量、參數(shù)范圍以及優(yōu)化目標(biāo)，采用LHS方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)樣本，采用Kriging方法建立代理模型，最后運(yùn)用帶精英策略的非支配排序遺傳算法(NSGA-II)對下肢保護(hù)裝置進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，得到優(yōu)化的Pareto解集，找出整體優(yōu)化的最優(yōu)解。

3.1 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

考慮到柔性地板上板厚度和割縫排數(shù)對其防護(hù)能力的影響是耦合的，決定采用3排割縫方案，選取半圓管管壁厚度TS、柔性地板上板厚度TU和L形支架厚度TL作為此次優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量，即T=(TS,TU,TL)T。考慮到裝置在爆炸工況下對下肢的保護(hù)作用和日常使用中的靜剛度要求，優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)包括：假人左下脛骨軸向力FL、假人右下脛骨軸向力FR、防雷腳墊在1 kN載荷下的變形量SJ和柔性地板在1 kN載荷下的變形量SD.因此優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為

(3)

3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表6 部分采樣點(diǎn)仿真結(jié)果Tab.6 Simulated results for some sampling point

3.3 代理模型及驗(yàn)證

(4)

式中：λp為待定加權(quán)系數(shù)，此系數(shù)應(yīng)滿足無偏估計(jì)和方差最小條件[19]。

在上述30個(gè)樣本點(diǎn)之外，額外進(jìn)行了10個(gè)樣本的仿真，圖11對比了4個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的仿真結(jié)果和Kriging代理模型預(yù)測值，結(jié)果顯示代理模型具有較高的精度。

圖11 仿真值與預(yù)測值對比Fig.11 Comparison between simulated and predicted values

采用復(fù)相關(guān)系數(shù)R2對代理模型進(jìn)行精度檢驗(yàn)：

(5)

表7 各目標(biāo)函數(shù)復(fù)相關(guān)系數(shù)Tab.7 Multiple correlation coefficients ofobjective functions

3.4 優(yōu)化結(jié)果分析

采用NSGA-II算法求解3.3節(jié)給出的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，獲取Pareto解集以描述其空間曲面。此方法是Deb等[20]于2000年在非支配排序遺傳算法(NSGA)基礎(chǔ)上提出的，它比NSGA算法更加優(yōu)越[21-22]：與NSGA算法相比計(jì)算復(fù)雜度由λω3降到λω2(λ為目標(biāo)函數(shù)個(gè)數(shù)，ω為種群大小)；采用擁擠度和擁擠度比較算子，克服了NSGA算法中需要認(rèn)為指定共享半徑的缺陷，并在快速排序后的同級比較中作為勝出標(biāo)準(zhǔn)，使準(zhǔn)Pareto域中的個(gè)體能均勻地?cái)U(kuò)展到整個(gè)Pareto域，保持了種群的多樣性；引入精英策略，擴(kuò)大了采樣空間，防止最佳個(gè)體丟失，提高了算法的魯棒性。

求解過程中設(shè)置Pareto解個(gè)數(shù)為500個(gè)，遺傳代數(shù)為50次，每代精英數(shù)量為樣本空間的10%，遺傳變異率為0.01，最終得到4個(gè)目標(biāo)函數(shù)的Pareto解集，如表8所示。

采用標(biāo)準(zhǔn)邊界交叉法(NBI)繼續(xù)對Pareto解集進(jìn)行尋優(yōu)：

(6)

式中：Nj為第j個(gè)優(yōu)化目標(biāo)Pareto解的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果；bu和bl分別為標(biāo)準(zhǔn)化邊界的上邊界、下邊界，本文采用bu=0.2和bl=1；Oj為第j個(gè)目標(biāo)的Pareto解；Ojmax為第j個(gè)目標(biāo)的Pareto解集中的最大值；Rr為搜索半徑，r=1、2和∞，本文采用r=2，搜索半徑R2最小的解即為最優(yōu)解；γj為第j個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重，本文采用左右小腿力FL和FR權(quán)重為1，防雷腳墊和柔性地板的變形量SJ和SD的權(quán)重為0.2.表8所示為部分Pareto解集，其中第417組解的R2最小，故第417組解即為協(xié)調(diào)了4個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

表8 部分Pareto解集Tab.8 Part of Pareto set

為驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用仿真模型進(jìn)行檢驗(yàn)，仿真值與優(yōu)化預(yù)測值相對誤差在5%以內(nèi)(見表9)，仿真模型具有較高預(yù)測精度，最優(yōu)設(shè)計(jì)方案真實(shí)可信。優(yōu)化后左右下脛骨力的仿真值分別為4.21 kN和3.92 kN，與原始模型的15.3 kN和15.4 kN相比，分別降低約72.5%和74.5%；優(yōu)化后與優(yōu)化前相比，左右下脛骨力分別降低了約10%和16%，保護(hù)裝置總變形量減小10%(見表10)，說明優(yōu)化效果良好，可以應(yīng)用于工程實(shí)際。

表9 對比優(yōu)化預(yù)測值和仿真結(jié)果Tab.9 Comparison between simulated andpredicted values

表10 優(yōu)化前后仿真結(jié)果對比Tab.10 Simulated values before and after optimization

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證下肢保護(hù)裝置的防護(hù)性能，對樣車進(jìn)行爆炸試驗(yàn)，試驗(yàn)嚴(yán)格按照北大西洋公約組織標(biāo)準(zhǔn)STANAG 4569裝甲車輛乘員防護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)[14]和AEP-55裝甲車輛防護(hù)等級試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)——地雷威脅進(jìn)行，當(dāng)量、炸點(diǎn)位置、防護(hù)組件、防雷座椅、假人和下肢保護(hù)裝置配置與仿真一致。如圖12所示，混合Ⅲ型50百分位假人放置于駕駛員位置，腳下放置下肢保護(hù)裝置實(shí)物。

圖12 試驗(yàn)布置Fig.12 Vehicle blast experimental setup

試驗(yàn)后下肢保護(hù)裝置變形情況如圖13所示。由圖13可見，下肢保護(hù)裝置整體呈現(xiàn)向下凹陷趨勢，其中鏤空式柔性地板在鏤空處發(fā)生撕裂變形，而半圓管型防雷腳墊被嚴(yán)重壓潰變形。駕駛位假人下脛骨軸向力曲線如圖14所示，其中左下脛骨軸向力峰值為4.31 kN，右下脛骨軸向力峰值為4.40 kN，比仿真結(jié)果值偏大，分別相差2.4%和12.2%，考慮到爆炸工況和車輛結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，該誤差在合理的范圍內(nèi)。假人下脛骨軸向力峰值均未超過北大西洋公約組織標(biāo)準(zhǔn)AEP-55中規(guī)定的5.4 kN，表明下肢保護(hù)裝置能夠?qū)Ρㄇ闆r下車內(nèi)載員下肢提供較好的保護(hù)。

圖13 下肢保護(hù)裝置變形情況Fig.13 Deformation of lower limb protection device

圖14 駕駛位假人下脛骨軸向力曲線Fig.14 Axial force of tibia

5 結(jié)論

本文針對載員下肢損傷的問題，結(jié)合柔性地板和防雷腳墊設(shè)計(jì)了下肢保護(hù)裝置，并對其防護(hù)性能進(jìn)行了有限元仿真、參數(shù)分析和多目標(biāo)優(yōu)化；利用整車爆炸試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真和優(yōu)化方法的可信性及下肢保護(hù)裝置設(shè)計(jì)的有效性。得出以下主要結(jié)論：

1)本文設(shè)計(jì)并優(yōu)化的下肢保護(hù)裝置對乘員下肢的保護(hù)能力顯著，與未裝備時(shí)相比，下肢保護(hù)裝置優(yōu)化后的左右下脛骨力峰值分別下降了約72.5%和74.5%.

2)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)合ALE方法和FEM方法的仿真方法，能夠較好地預(yù)測爆炸載荷下車輛載員的損傷響應(yīng)，從而降低車輛防護(hù)裝置設(shè)計(jì)的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本。

3)結(jié)合LHS方法、Kriging方法、NSGA-Ⅱ和Pareto最優(yōu)的多目標(biāo)優(yōu)化方法，能夠利用較少的樣本量得到準(zhǔn)確合理的優(yōu)化結(jié)果；最優(yōu)設(shè)計(jì)方案能夠在降低裝置質(zhì)量的前提下增加裝置的保護(hù)能力。

4)本文采用的較大平臺力下部結(jié)構(gòu)與較小平臺力上部結(jié)構(gòu)相結(jié)合的下肢保護(hù)裝置設(shè)計(jì)思路是可行的，可以指導(dǎo)其他載員保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)?；谶@種思路，后續(xù)可開展具有多層梯度或連續(xù)梯度的下肢保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)研究。