碰撞拓扑优化是典型的非线性动态响应优化问题,其约束函数与时间相关,灵敏度信息十分复杂。因此,基于梯度的优化算法难以进行求解。目前,对于结构碰撞拓扑优化问题的求解大多基于等效静态载荷法。本文开发了一款集有限元求解文件导入与导出、线性有限元求解、碰撞拓扑优化以及结果后处理于一体的结构碰撞拓扑优化软件。本文主要工作如下:第2章首先建立了最小化结构柔度,约束体积分数的拓扑优化数学模型,并详细推导了优化模型的灵敏度与最优准则法的求解迭代格式。为了解决变密度拓扑优化方法存在的数值问题,如:棋盘格、网格依赖、边界不清晰,介绍了密度过滤与Heaviside投影方法的原理。然后详细推导了六面体等参单元的刚度矩阵,为开发线性有限元求解程序提供了理论基础。最后介绍了等效静载荷的定义,并设计了碰撞工况下的结构拓扑优化流程。第3章基于等效静态载荷法,有限元方法和变密度拓扑优化方法,利用C#语言开发了一款专门求解碰撞工况下的结构拓扑优化软件。首先介绍了软件的架构设计、求解类库设计以及软件的执行流程。然后详细介绍了软件各个功能的实现方式,包括导入与导出求解文件,调用LS-DYNA求解,计算等效静载荷,静态拓扑优化以及输出求解结果功能。最后详细介绍了软件的图形用户界面与操作流程。第4章采用本文所开发的碰撞拓扑优化软件对碰撞工况下的两端固定梁、悬臂梁以及简易汽车保险杠进行了拓扑优化,并给出了优化结果。通过密度云图可以看出,优化结果较为合理。通过单次循环中软件各求解模块的耗时表可以看出软件求解效率较高。从输出的迭代曲线可以看出优化结果满足约束条件,且目标函数趋近于最优。最后,对全文进行了总结与展望。