一種白車身輕量化優化設計方法技術

本發明專利技術提供了一種白車身輕量化優化設計方法，包括的步驟有：a）根據現有庫存材料，建立離散化的材料參數；b）選取白車身零件進行減重；c）判斷減重后的零件是否符合性能要求，選取減重后符合性能要求的零件作為設計變量；d）對減重前的白車身進行自由模態分析，求得其基本頻率、一階扭轉頻率和一階彎曲頻率；e）以基本頻率、一階扭轉頻率和一階彎曲頻率作為設計變量的約束條件，以質量最輕為目標函數對各零件進行優化，得到新的白車身。本發明專利技術選取了合適的設計變量，保證了白車身設計結果與實際生產相符。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及汽車設計領域，具體涉及白車身的輕量化設計方法。
技術介紹
目前，汽車結構輕量化是一個重要研究領域，其中，采用有限元分析、優化設計的方法是一個重要方向，但是，如何選取設計變量和確定約束條件，以使設計獲得的新的車身結構與實際生產相符，一直是困擾技術人員的難題。而且，在減重后，白車身各種性能能否滿足設計要求，以及哪些零件仍然具有潛在的減重空間，也是設計人員需要考慮的問題。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在于提供一種通過選取合適的設計變量和確定約束條件來實現白車身輕量化優化設計的方法。 為實現上述目的，本專利技術提供了如下技術方案，包括的步驟有a)根據現有庫存材料，建立離散化的材料參數；b )選取白車身零件進行減重；c)判斷減重后的零件是否符合性能要求，選取減重后符合性能要求的零件作為設計變量；d)對減重前的白車身進行自由模態分析，求得其基本頻率、一階扭轉頻率和一階彎曲頻率；e)以基本頻率、一階扭轉頻率和一階彎曲頻率作為設計變量的約束條件，以質量最輕為目標函數對各零件進行優化，得到新的白車身。優選地，如上所述的白車身輕量化優化設計方法，還包括步驟f)計算新的白車身的彎曲剛度、扭轉剛度和體積對設計變量的靈敏度，再根據計算結果選擇零件進行進一步優化。優選地，如上所述的白車身輕量化優化設計方法，還包括步驟g)對新的白車身的強度進行校核，以判斷新的白車身整體強度是否仍然符合要求。優選地，在步驟b)中，所選取的減重零件包括頂蓋外板、頂蓋前橫梁、頂蓋后橫梁、右側圍外板、右側圍后下內板、右側圍后內窗框、左側圍外板、左側圍后下內板和左側圍后內窗框中的一個或者多個。優選地，在步驟b)之前，還存在步驟h)判斷白車身是否處于量產階段。優選地，當白車身處于量產階段時，在步驟b)中，減重時的減薄量在O. Imm以內。步驟a)至步驟c)為設計變量選取過程，由于在步驟a)中對材料參數進行了離散化，因此保證了在后續輕量化設計過程中，優化后的零件厚度是已有庫存材料所具有的，而且通過步驟b)和C)，確保了設計變量不會影響白車身的設計性能要求，因此設計變量的選擇是合適的。而且，以模態分析結果作為約束條件，保證了優化設計后的新的白車身的整體性能。進一步地，對新的白車身進行靈敏度分析，為設計人員進一步對白車身進行減重提供了參考方向。 進一步地，對新的白車身強度進行校核，保證了新的白車身強度仍然符合要求。進一步地，選取頂蓋外板、頂蓋前橫梁、頂蓋后橫梁、右側圍外板、右側圍后下內板、右側圍后內窗框、左側圍外板、左側圍后下內板和左側圍后內窗框作為減重零件，符合一般車型的零件組成特點，減少了工作量。進一步地，由于存在步驟h)，因此設計人員能夠根據白車身是否處于量產階段而選擇減重量范圍，能夠避免重新開模具，降低生產成本。而在量產階段，選擇O. Imm作為減重時的減薄范圍，在避免重新開模具的同時保證了車身加工精度。附圖說明接下來將結合附圖對本專利技術的具體實施例作進一步詳細描述，其中圖I為本專利技術的實施例的頂棚雪載分析模型圖；圖2為本專利技術的實施例的側圍屈曲抗凹分析模型圖；圖3為本專利技術的實施例的某白車身自由模態分析模型圖；圖4為本專利技術的實施例的某白車身彎曲剛度分析模型圖；圖5為本專利技術的實施例的某白車身扭轉剛度分析模型圖；圖6為本專利技術的實施例的彎曲剛度和體積靈敏度柱狀圖；圖7示出了左右側圍減薄后的屈曲抗凹分析結果。具體實施例方式接下來以某型白車身為例，結合附圖詳細描述本專利技術的白車身輕量化優化設計方法。步驟a)中，需要根據現有庫存材料，建立離散化的材料參數。假設現庫存材料(以板材為例)如下SPCC (厚度單位:mm) :0. 6，O. 7，O. 8，I. O, I. 2，I. 5，I. 6，I. 8，2. O, 2. 5。SPCD (厚度單位:mm) :0. 6，O. 7，O. 8，I. O, I. 2，I. 5，I. 6，I. 8，2. O。SPCEN (厚度單位:mm) :0. 6，O. 7，O. 8，I. O, I. 2，I. 5，I. 6，I. 8，2. O。并假設一個零件的材料是SPCC，原厚度是I. 6mm,如不對材料參數進行離散化，則優化以后的厚度可能是1.4mm，雖然這樣的優化結果理論上是正確的，但與實際生產不符，因為現有庫存沒有I. 4_厚的板材，這就造成了無效的優化設計。因此，材料參數的取值范圍定義為離散值集合10. 6，O. 7，O. 8，I. O, I. 2，I. 5，I. 6，I. 8，2. O, 2. 5}，而不能定義為連續區間[O. 6，2. 5。在進行白車身零件減重前，為了降低成本，優選存在步驟h):判斷白車身是否處于量產階段。如果是新開發階段，模具還未制造，則對零件減重(在本實施例中，意味著板材的減薄)幅度能夠大些；如果是量產階段，模具已經制造，則減重幅度需要小些，避免重開模具。一般，對于量產階段的零件，如果減薄量在O. Imm范圍以內，則不用重新開模具，能夠降低成本。假設該型白車身已經處于量產階段。在步驟b)中，選取該車型的頂蓋外板、兩個頂蓋前橫梁、兩個頂蓋后橫梁、右側圍外板、右側圍后下內板、右側圍后內窗框、左側圍外板、左側圍后下內板、左側圍后內窗框作為減重零件，而由于發動機艙縱梁、B柱及其加強板等作為安全性零件，中地板上橫梁、后地板上橫梁、地板左右縱梁、擺臂上支架等作為重要功能性零件，不列入減重選取范圍。當然，針對不同的車型，能夠選取不同的零件進行減重。由于該型白車身處于量產階段，因此選擇各零件減薄O. 1mm，在避免了重開模具的同時，能夠保證加工精度。圖I和圖2分別示出了頂棚雪載分析模型和側圍屈曲抗凹分析模型。本領域普通技術人員應當理解，采用abqus、ANSYS等軟件均能夠構造該模型，并進行非線性分析，軟件的具體應用方法本說明書中不再詳細描述。c)判斷減重后的零件是否符合性能要求，選取減重后符合性能要求的零件作為設計變量。對于構成頂棚的各零件，主要性能要求在于其雪載能力，而對于側圍零件，主要性 能要求在于其屈曲抗凹能力。假設所選取的各零件原始厚度為O. 8_，減薄O. 1_，減重后的頂棚雪載分析結果如表I所示，側圍屈曲抗凹分析結果如圖7所示。表I減重后雪載分析結果 60cm雪厚時有無塑性應變無 _ 60cm雪厚時變形(mm)3. 56~90cm雪厚時有無屈曲變形__無90cm雪厚時變形(nun)5. 66根據表1，判斷減薄后的頂棚雪載仍滿足要求，根據圖7，判斷減薄后的側圍件仍滿足屈曲抗凹性能要求，因此，判斷在步驟b)中所選取的零件均能夠作為設計變量。當然，當出現減薄后存在不滿足性能要求的零件時，需要將此零件從設計變量中排除。在本實施例中，最終選取的部分設計變量如表3所示表3最終確定的設計變量量名零件名稱設計變量取值(1^~tt__頂蓋外板__0.7,0.8_ ~ta頂蓋前橫梁外板O. 7，O. 8t, 頂蓋前橫梁內板O. 7，O. 8~t4 頂蓋后橫梁外板O. 7，O. 8t5_頂蓋后橫梁內板O. 7，O. 8t6 右側圍外板O. 7，0.8從表3中可見，設計變量取值為離散的材料參數，且由于該車型處于量產階段，因此減薄量在O. Imm以內。當然，本領域普通技術人員能夠想象，如果該車型并非處于量產階段，則設計變量取本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種白車身輕量化優化設計方法，包括的步驟有：a）根據現有庫存材料，建立離散化的材料參數；b）選取白車身零件進行減重；c）判斷減重后的零件是否符合性能要求，選取減重后符合性能要求的零件作為設計變量；d）對減重前的白車身進行自由模態分析，求得其基本頻率、一階扭轉頻率和一階彎曲頻率；e）以基本頻率、一階扭轉頻率和一階彎曲頻率作為設計變量的約束條件，以質量最輕為目標函數對各零件進行優化，得到新的白車身。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁林，
申請(專利權)人：安徽江淮汽車股份有限公司，
類型：發明
國別省市：