[发明专利]基于车身钣金法向刚度分析实现车身结构优化的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种实现车身结构优化的方法，尤其涉及一种基于车身钣金法向刚度分析实现车身结构优化的方法。

【背景技术】

在现有的车身结构设计中，很少考虑到车身钣金的法向刚度和声辐射特性，而且也没有现成的应用软件进行这方面的计算。例如，在公开号为CN101718630A、题为“车门内饰板冲击器及确定车门内饰板刚度值的方法”的专利文献中，它提供了一种基于冲击器对内饰板各区域冲击过程中的动力学参数来获得刚度值以优化内饰板结构的方法，但在该文献中并没有披露针对内饰板结构的法向刚度特性进行任何分析处理。又如，在公开号为CN1815229、题为“一种预测汽车蒙皮表面阻尼处理结构声辐射的方法”的专利文献中公开了一种首先对汽车蒙皮表面阻尼处理结构进行有限元建模、然后进行声辐射分析计算的方法，以由此来解决结构表面阻尼处理后的声辐射预测问题，在该方法中同样也没有涉及到结构法向刚度方面的分析、计算处理过程。

此外，在现有技术中，对于车身阻尼的设计处理常是完全根据经验来进行的，而现有软件也并未提供这方面的功能，这就使得并不能真正有效地提供并实施科学的阻尼优化方案，从而造成了材料、人力和工时等方面的不必要浪费，同时也不利于诸如车辆轻量化、燃油消耗经济化和高效化、低碳、低消耗等具有现实积极意义的目标的实现。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于车身钣金法向刚度分析实现车身结构优化的方法，以便通过快速评价车身钣金的法向刚度特性来有效确定车身钣金刚度薄弱区，然后在刚度薄弱区内针对性地采取设置加强筋、粘贴阻尼垫等措施来优化车身结构，从而解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于车身钣金法向刚度分析实现车身结构优化的方法，其包括以下步骤：

A、通过进行有限元计算处理获得车身节点的刚度矩阵[K]，并通过公式[U]＝[K]^-1·[F]获得车身节点的位移矩阵[U]，其中[F]为作用在每个车身节点上的力组成的力矩阵，[K]^-1是所述刚度矩阵[K]的逆矩阵；

B、将所述逆矩阵[K]^-1向车身节点的法向方向进行投影以获得车身节点的法向刚度矩阵[K_n]的逆矩阵[K_n]^-1，并通过公式[U_n]＝[K_n]^-1获得车身节点的法向位移矩阵[U_n]，所述法向刚度是指车身钣金结构上的节点的法向方向的刚度，即为在该节点的法向方向施加的力与受该力作用产生的法向位移的比值；

C、将获得的所述法向位移矩阵[U_n]转换成能被有限元后处理软件识别的格式，并导入有限元后处理软件显示车身节点的法向位移云图；以及

D、根据所述车身节点的法向位移云图的显示结果来确定车身钣金刚度薄弱区以便进行车身结构优化处理。

在上述的基于车身钣金法向刚度分析实现车身结构优化的方法中，优选地，所述步骤B中求解所述逆矩阵[K_n]^-1的步骤具体包括：

b1、在车身节点的法向向量中，利用节点坐标求解出一个壳单元的任意两条相交边的向量v₁＝(x₂-x₁，y₂-y₁)和v₂＝(x₃-x₁，y₃-y₁)，其中(x₁，y₁)是向量v₁和v₂的相交点坐标，(x₂，y₂)是向量v₁的另一端点坐标，(x₃，y₃)是向量v₂的另一端点坐标；

b2、计算向量v₁和v₂的叉积，从而得到所述壳单元的法向向量

b3、重复步骤b1-b2，从而得到与所述壳单元相邻的另一个壳单元的法向向量s₂；