本發(fā)明涉及車身輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種車身結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
伴隨著汽車工業(yè)自主開發(fā)能力的增強(qiáng)，汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，使得汽車企業(yè)必須設(shè)計(jì)自主品牌、靠低成本、高質(zhì)量來(lái)占領(lǐng)市場(chǎng)。為了達(dá)到此目的，最主要的工作就是降低產(chǎn)品的開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品的性能質(zhì)量。這使得cae分析在產(chǎn)品開發(fā)過程中變得越來(lái)越重要。
概念設(shè)計(jì)是確定汽車性能、外形與內(nèi)飾等主要方面的初步設(shè)計(jì)。從時(shí)間上，縮短整個(gè)汽車設(shè)計(jì)周期最關(guān)鍵的是要做好汽車概念設(shè)計(jì)階段的工作，從而減少重復(fù)設(shè)計(jì)的工作量。該階段是車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中保證性能的重要階段，這個(gè)階段留下的缺陷往往很難在后續(xù)的設(shè)計(jì)中彌補(bǔ)，因而在車身的開發(fā)過程中受到廣泛重視。而結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化可以大大改善結(jié)構(gòu)的性能或在保持原剛度不變的情況下減輕結(jié)構(gòu)的重量，從節(jié)能環(huán)保角度帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益。
基于此，本發(fā)明提供一種車身結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種車身結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，以滿足人們對(duì)車身結(jié)構(gòu)輕量化的設(shè)計(jì)需求。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種車身結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：
第一步：建立車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型，利用hypermesh軟件中把各個(gè)有限元模型部件組合成整車cae模型，在不影響整體布局的前提下，刪除駕駛室內(nèi)部零件，然后把該整車cae模型導(dǎo)出為iges格式；
第二步：車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，基于車身彎曲和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)工況，在保證車身剛度的前提下使車身的體積最小化，根據(jù)優(yōu)化的迭代結(jié)果對(duì)車身的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，具體包括：
第1步，模擬扭轉(zhuǎn)工況和車身彎曲工況下的車身受力情況；
第2步，對(duì)兩個(gè)工況下的車身模型利用hypermesh軟件進(jìn)行靜力分析；
第3步，對(duì)兩個(gè)工況進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)定義；
設(shè)計(jì)目標(biāo)：車身的體積最小化；
約束：扭轉(zhuǎn)工況下的位移；
設(shè)計(jì)變量：車身設(shè)計(jì)空間的單元密度分布；
第4步，在優(yōu)化參數(shù)定義完之后，提交optistruct模塊進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為，利用
本技術(shù)：
拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)得到最優(yōu)拓?fù)浣夂?，根?jù)該結(jié)果，設(shè)計(jì)出cad模型，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用形貌和尺寸的優(yōu)化技術(shù)，設(shè)計(jì)更詳細(xì)準(zhǔn)確的模型。
附圖說明
圖1所示為本申請(qǐng)的方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
應(yīng)當(dāng)說明的是，本申請(qǐng)中所述的“連接”和用于表達(dá)“連接”的詞語(yǔ)，如“相連接”、“相連”等，其既可以指代某一部件與另一部件直接連接，也可以指代某一部件通過其他部件與另一部件相連接。
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
如圖1所示，為重卡駕駛室拓?fù)鋬?yōu)化的實(shí)施例。
(1)建立重卡車身拓?fù)鋬?yōu)化模型
在hypermesh中把各個(gè)有限元模型部件組合成整車cae模型，在不影響整體布局的前提下，刪除駕駛室內(nèi)部零件，然后把該整車cae模型導(dǎo)出為iges格式。采用catia軟件打開該iges文件，在此基礎(chǔ)上建立cad模型。該cad模型只考慮車身的整體尺寸大小以及一些主要的形狀特征，留出車窗、車門的設(shè)計(jì)空間。車身的材料屬性定義為第三章有限元分析時(shí)所用的鋼材料屬性。鋼板厚度設(shè)置為3mm。
(2)重卡車身拓?fù)鋬?yōu)化
基于車身彎曲和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)工況，在保證車身剛度的前提下使車身的體積最小化，根據(jù)優(yōu)化的迭代結(jié)果對(duì)車身的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
第二步：車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，基于車身彎曲和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)工況，在保證車身剛度的前提下使車身的體積最小化，根據(jù)優(yōu)化的迭代結(jié)果對(duì)車身的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，具體包括：
第1步，模擬扭轉(zhuǎn)工況和車身彎曲工況下的車身受力情況；
第2步，對(duì)兩個(gè)工況下的車身模型利用hypermesh軟件進(jìn)行靜力分析；
第3步，對(duì)兩個(gè)工況進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)定義；
設(shè)計(jì)目標(biāo)：車身的體積最小化；
約束：扭轉(zhuǎn)工況下的位移；
設(shè)計(jì)變量：車身設(shè)計(jì)空間的單元密度分布；
第4步，在優(yōu)化參數(shù)定義完之后，提交optistruct模塊進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算。
其中，重卡車身有限元模型的建立包括如下步驟：
第1步：有限元網(wǎng)格模型建立，通過自適應(yīng)有限元分析進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是有限元分析中網(wǎng)格劃分的主要思想方法之一。自適應(yīng)是一種自動(dòng)近似的技術(shù)，程序可以自行減少由于網(wǎng)格劃分不當(dāng)引起的誤差，而不需要人為地指定單元的大小。自適應(yīng)有限元分析的最基本思想就是通過事后誤差估計(jì)，對(duì)計(jì)算結(jié)果誤差較大的區(qū)域進(jìn)行局部網(wǎng)格優(yōu)化。自適應(yīng)有限元分析的網(wǎng)格劃分，要求不僅在生成初始網(wǎng)格時(shí)能完全自動(dòng)有效，而且應(yīng)具有極強(qiáng)的、面向整個(gè)分析域的網(wǎng)格控制能力和局部網(wǎng)格修正能力。并且進(jìn)行自適應(yīng)有限元分析有一個(gè)非常重要的前提條件，就是能在任意的幾何分析域內(nèi)產(chǎn)生任意密度分布的網(wǎng)格。
第2步：有限元模型幾何清理，包括面的清理、細(xì)小特征處理、網(wǎng)格特征線的劃分；
在建立幾何模型的過程中，有可能發(fā)生幾何特征缺失或者產(chǎn)生一些不必要的小碎面，這些幾何錯(cuò)誤都需要進(jìn)行清理，否則會(huì)影響有限元模型的質(zhì)量、計(jì)算的精度和速度，具體的方法是進(jìn)行縫合、修補(bǔ)或合并。
第3步：?jiǎn)卧愋偷倪x擇及材料屬性，
在建立車身零件有限元模型時(shí)，考慮到這些薄板沖壓件既能抵抗平行于其平面方向的拉壓力，又能抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)的載荷，應(yīng)選用符合這兩種特性的單元類型，而板殼單元具有一定的厚度，能夠充分描述這些特征，所以采用板殼單元來(lái)建模；
第4步，網(wǎng)格劃分及質(zhì)量評(píng)估，使用hypermesh軟件的automesh面板來(lái)進(jìn)行網(wǎng)格劃分；在automesh面板中劃分網(wǎng)格后，還要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，如果有大量的網(wǎng)格不合格，可以再次用automesh面板對(duì)已存在的網(wǎng)格單位再次進(jìn)行劃分；而對(duì)于少量不合格的網(wǎng)格要進(jìn)行手工修改其單元的性狀；
質(zhì)量評(píng)估，通常包括以下幾項(xiàng)指標(biāo)：?jiǎn)卧钚〕叽?、最大長(zhǎng)度，單元邊長(zhǎng)比，翹曲角，三角形單元最小內(nèi)角、最大內(nèi)角，四邊形單元最小內(nèi)角、最大內(nèi)角；
第5步，焊點(diǎn)處理，零件之間主要通過點(diǎn)焊連接在一起，在不同部位點(diǎn)焊的間距和焊接方式也不同。焊點(diǎn)的建模是否正確，對(duì)整個(gè)模型的準(zhǔn)確性和計(jì)算結(jié)果的誤差有極大的影響，因此，焊點(diǎn)的建模對(duì)車身建模有著非常重要的意義。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。