[发明专利]一种两栖车辆全承载车身的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种两栖车辆的仿真方法，具体涉及一种两栖车辆全承载车身的仿真方法。

背景技术

高速两栖装车辆是一种不用舟桥、渡船等辅助设备能自行通过江河湖海等水障，并在水上进行航行和射击的高速战斗车辆，两栖车辆的结构设计，决定了两栖车辆是否能够进行有效作战。

目前的，高速两栖车辆车身过程中普遍采用两种方法，第一种通过外形优化手段，以减小兴波阻力为首要目标来确定船形外车壳，采用与车架螺接等形式设计车身系统，这种方法有利于排水型两栖车辆的最高航速预报和减阻提速。但对于减轻车辆尤其是车身系统的重量没有办法提供帮助，鉴于船形车壳，为满足减小阻力的要求，车身系统要增加零部件，相应地增加了系统重量，重量的增加反过来又影响到兴波阻力的减小和水上航速的提高。同时按照船形车壳设计的车架结构无法满足静态多工况下刚度最大要求，以及动态振动低阶频率最大要求和陆上各工况下行驶的安全可靠要求。第二种方法是在在现有车辆基础上进行改装，以减轻重量为首要目标，去除车架上不必要的零部件，并应用结构形状优化和尺寸优化等技术手段将车架重量减轻，在此基础上连接船形外壳，这种方法虽降低了重量，但兴波阻力得不到有效控制，从而水上速度无法达到理想水平。

有鉴于此，急需一种新的高速两栖车辆全承载车身的仿真方法，以最大限度提高材料利用率；并根据不同的约束条件，在一个连续体的设计空间中使车身的主要承载结构件的布局为最佳。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种两栖车辆全承载车身的仿真方法，该方法在很大程度上保证了两栖车身结构设计的尺寸和形状是在材料分布最优初始拓扑形式下进行的，能够极大地提高材料利用率。同时根据不同的约束条件，在一个连续体的设计空间中确定出车身主要承载结构件的最佳布局；可以大幅节约设计时间，并且可以显著地提高了高速两栖车的结构优化水平,进而保证了两栖车量的快速、可靠及稳定的工作状态。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种两栖车辆全承载车身的仿真方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1.设定所述两栖车辆全承载车身的拓扑基本结构中的目标优化函数；

步骤2.将所述目标优化函数转化成评价函数，以完成所述拓扑基本结构的建立；

步骤3.将所述全承载车身的载荷及约束映射到所述拓扑基本结构的相应位置，并优化所述拓扑基本结构；

步骤4.根据所述拓扑基本结构的优化结果设计所述两栖车辆全承载车身的结构。

优选的，所述步骤1，包括：

1-1.规范化所述两栖车辆全承载车身的拓扑基本结构中的多目标；其中，所述多目标包括所述全承载车身的船型外壳的兴波阻力、所述全承载车身的静态多工况刚度和动态固有频率；

1-2.分别建立所述兴波阻力的优化函数、所述静态多工况刚度的优化函数和所述动态固有频率的优化函数。

优选的，所述步骤1-2，包括：

1-2-1.建立所述兴波阻力的优化函数：

根据外形优化方法得到所述兴波阻力Rw的优化函数为：

上式中，

ρ为液体密度；g为重力加速度；为相对速度；I，J均为船外形参数；θ为基元波与行驶方向的夹角；i＝1、2.....p；T为液面以下深度；z为压力；f为需要优化的低阶频率的阶次；ξ为液面抬高；k₀为基本波数；

1-2-2.建立所述静态工况刚度的优化函数：

采用柔度等效法，将刚度最大问题等效为柔度最小问题，得到静态多刚度拓扑优化的目标函数：

式中，ρ为液体密度；m为载荷工况总数；k为工况中的某一个；ω_k为第k个工况的权值；q为惩罚因子，且q≥2；C_k(ρ)为第k个工况的柔度目标函数；分别为第k个工况柔度目标函数的最大值和最小值；

1-2-3.建立所述动态固有频率的优化函数：

采用频率平均法建立所述动态固有频率的优化函数：

式中，Λ(ρ)为平均频率；x₁,x₂...x_n为采样阶数，λ₀为权系数，s为给定的参数值，f为需要优化的低阶频率的阶次；i＝1、2…p；ω_i为第i阶频率的权重系数；M_i为第i阶特征频率，用来调整目标函数。

优选的，所述步骤2，包括：