汽車底盤關鍵結構件結構優化設計方法技術

本發明專利技術的汽車底盤關鍵結構件結構優化設計方法，包括：步驟一，確定底盤關鍵結構件性能指標；步驟二，建立懸架多體模型，計算底盤關鍵結構件各連接點載荷；步驟三，建立適合于底盤關鍵結構件拓撲優化設計的有限元初始設計域；步驟四，建立拓撲優化數學模型；步驟五，迭代求解；步驟六，獲得底盤關鍵結構件拓撲優化設計結果。本發明專利技術的方法區別于傳統設計方法，該方法結合懸架多體模型的連接點載荷分解技術和連續體拓撲優化技術，通過將設計要求反應在優化數學模型中，使設計方案能夠更準確、更全面地滿足設計要求，適用于剛度、強度和輕量化水平要求高的新型底盤關鍵結構件，對于轎車底盤的前期概念設計意義重大。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機輔助設計，特別是涉及一種。
技術介紹
汽車底盤關鍵結構件主要包括前、后副車架、控制臂、轉向節、拖曳臂等，這些關鍵結構件在提升轎車乘坐舒適性、底盤剛度強度和操控性的同時，也提高了裝配便利性及設計通用性，是當前主流轎車底盤的重要組成部分。汽車底盤關鍵結構件的結構形式、剛度及強度對整車耐久性、舒適性、操控性有很大影響，是衡量轎車底盤設計水平的重要依據。目前的汽車底盤關鍵結構件多采用板材沖壓焊接、液壓成型及鑄造成型等工藝形式。其中，沖壓成型的焊接件，焊接工藝復雜，且承載能力和強度都非常有限；而液壓成型件，承載能力 和強度比較高，質量較輕，但是其制造工藝先進程度較高，并不被國內大多數制造廠商所掌握。結構優化通過近百年的發展已經逐漸走向成熟，結構設計者可以利用結構優化的辦法設計出安全可靠的結構，使設計出的結構滿足各種不同的需求，并更有效率地使用材料。連續體拓撲優化是結構優化領域中的前沿技術，通過調整設計域內材料位置和數量的配置，使結構在滿足一定需求條件的情況下將載荷通過最佳傳遞路徑傳遞到結構的支撐邊界處。在拓撲優化中，剛度目標通常用柔順性來表達，柔順性越低代表結構的剛度越大，強度通常表現在優化模型的約束中。雖然拓撲優化對于結構設計意義重大，但在現有技術中，尚沒有發現利用利用連續體拓撲優化的方法設計汽車底盤關鍵結構件的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種利用連續體拓撲優化的。本專利技術的，包括步驟一，確定底盤關鍵結構件性能指標；步驟二，建立懸架多體模型，計算底盤關鍵結構件各連接點載荷；步驟三，建立適合于底盤關鍵結構件拓撲優化設計的有限元初始設計域；步驟四，建立拓撲優化數學模型；步驟五，迭代求解；步驟六，獲得底盤關鍵結構件拓撲優化設計結果。本專利技術的，其中，所述步驟一中，根據轎車的整車性能指標，確定底盤關鍵結構件的性能指標，所述底盤關鍵結構件包括前、后副車架、控制臂、轉向節和拖曳臂，所述底盤關鍵結構件的性能指標包括重量、尺寸公差、與其他部件的裝配間隙要求、剛度、模態、強度及可靠耐久性，所述轎車的整車性能指標的具體指標值根據不同載荷工況下的整車性能要求確定。本專利技術的，其中，所述步驟二中通過如下方式建立懸架多體模型并計算底盤關鍵結構件各連接點載荷確定載荷條件，載荷條件包括準靜態載荷工況和實際路面載荷；將準靜態載荷工況或實際路面載荷作為條件，根據車輛的設計軸荷、發動機特性、懸架硬點、懸架特性條件，建立多體懸架模型，按照步驟一的載荷工況進行多工況模擬分析，得到底盤關鍵結構件與車身結構的連接點載荷，每個連接點載荷包括3向力和3向力矩。本專利技術的，其中，所述準靜態載荷工況包括標準工況下Z向O. 8-1. Og、垂向加速時Z向3. 0-3. 5g、縱向跳動時X向1.8-2. Og且Z向O. 8-1. Og、側向跳動時Y向I. 8-2. Og且Z向O. 8-1. Og、右轉時Y向I. 0-1. 2g、轉向且制動時X向O. 7-0. 8g、制動時X向I. 0-1. 2g且Z向O. 8-1. Og、倒車時制動X向O. 4-0. 5g且Z向O. 8-1. Og、倒車時制動X向0. 8-1. 0g、加速時X向0. 4-0. 6g且Z向0. 8-1. 0g、轉向時加速X向0. 4-0. 5g、對角線載荷左前(對角線載荷從汽車的左前端傳向右后端)、垂向加速時Z向2. 0-3. 0g、垂向加速時Z向0. 4-0. 6g、右轉向時Y向0. 7-0. 8g且Z向0. 8-1. 0g、右轉向時Y向0. 7-0. 8g且Z向0. 8-1. 0g、制動時X向0. 7-0. 8g且Z向0. 8-1. 0g、加速時X向-0. 4-0. 5g 且 Z 向 0. 8-1. 0g、加速時 X 向 0. 2-0. 3g 且 Z 向 0. 8-1. Ogo本專利技術的，其中，所述步驟四利用如下公式建立拓撲優化數學模型權利要求1.一種，其特征在于，包括 步驟一，確定底盤關鍵結構件性能指標； 步驟二，建立懸架多體模型，計算底盤關鍵結構件各連接點載荷； 步驟三，建立適合于底盤關鍵結構件拓撲優化設計的有限元初始設計域； 步驟四，建立拓撲優化數學模型； 步驟五，迭代求解； 步驟六，獲得底盤關鍵結構件拓撲優化設計結果。2.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述步驟一中，根據轎車的整車性能指標，確定底盤關鍵結構件的性能指標，所述底盤關鍵結構件包括前、后副車架、控制臂、轉向節和拖曳臂，所述底盤關鍵結構件的性能指標包括重量、尺寸公差、與其他部件的裝配間隙要求、剛度、模態、強度及可靠耐久性，所述轎車的整車性能指標的具體指標值根據不同載荷工況下的整車性能要求確定。3.根據權利要求2所述的，其特征在于，所述步驟二中通過如下方式建立懸架多體模型并計算底盤關鍵結構件各連接點載荷 確定載荷條件，載荷條件包括準靜態載荷工況和實際路面載荷； 將準靜態載荷工況或實際路面載荷作為條件，根據車輛的設計軸荷、發動機特性、懸架硬點、懸架特性條件，建立多體懸架模型，按照步驟一的載荷工況進行多工況模擬分析，得到底盤關鍵結構件與車身結構的連接點載荷，每個連接點載荷包括3向力和3向力矩。4.根據權利要求3所述的，其特征在于，所述準靜態載荷工況包括標準工況下Z向O. 8-1. Og、垂向加速時Z向3. 0-3. 5g、縱向跳動時X向I. 8-2. Og且Z向O. 8-1. Og、側向跳動時Y向I. 8-2. Og且Z向O. 8-1. Og、右轉時Y向I.0-1. 2g、轉向且制動時X向O. 7-0. 8g、制動時X向I. 0-1. 2g且Z向O. 8-1. Og、倒車時制動X向O. 4-0. 5g且Z向O. 8-1. Og、倒車時制動X向0. 8-1. 0g、加速時X向0. 4-0. 6g且Z向0. 8-1. 0g、轉向時加速X向0. 4-0. 5g、對角線載荷左前(對角線載荷從汽車的左前端傳向右后端)、垂向加速時Z向2. 0-3. 0g、垂向加速時Z向0. 4-0. 6g、右轉向時Y向0. 7-0. 8g且Z向0. 8-1. 0g、右轉向時Y向0. 7-0. 8g且Z向0. 8-1. 0g、制動時X向0. 7-0. 8g且Z向0.8-1. 0g、加速時 X 向-0. 4-0. 5g 且 Z 向 0. 8-1. 0g、加速時 X 向 0. 2-0. 3g 且 Z 向 0. 8-1. 0g。5.根據權利要求4所述的，其特征在于，所述步驟四利用如下公式建立拓撲優化數學模型 其中，i表示第i種工況，Ci為第i種工況下的柔順性，Wi為第i種工況對應柔順性的權重因子，V為虛位移，a(u, v, x) = L(v, χ)為結構的虛位移平衡方程,U, M = Afl為位移邊界,σ,.(X)S 5為點χ處的應力約束，V(X) = / Βχ Ω彡Vmax為體積上限約束，χ e {O, 1}為拓撲設計變量，χ = I表示點χ處存在實體材料，χ = O表示點χ處不存在材料,χ為拓撲設計變量，Ω為結構所占區域，3Ω 為結構的位移邊界，I表示工況數(當載荷工況數為19時，I取19), u為結構的平衡位移，V為虛位移，Li為柔順性。6.根據權利要求5所述的，其特征在于，所述步驟四還包括 確定底盤關鍵結構件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種汽車底盤關鍵結構件結構優化設計方法，其特征在于，包括：步驟一，確定底盤關鍵結構件性能指標；步驟二，建立懸架多體模型，計算底盤關鍵結構件各連接點載荷；步驟三，建立適合于底盤關鍵結構件拓撲優化設計的有限元初始設計域；步驟四，建立拓撲優化數學模型；步驟五，迭代求解；步驟六，獲得底盤關鍵結構件拓撲優化設計結果。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張立玲，劉明卓，
申請(專利權)人：北京汽車股份有限公司，
類型：發明
國別省市：