[发明专利]一种基于一维混合元胞自动机的汽车变厚度B柱设计方法

说明书

本发明公开了一种基于一维混合元胞自动机的汽车变厚度B柱设计方法，包括：(1)将变厚度B柱沿轧制方向划分为若干一维元胞，进而建立变厚度B柱的一维元胞自动机模型；(2)确定变厚度B柱一维元胞自动机模型的设计变量与场变量；(3)确定变厚度B柱一维元胞自动机模型的厚度更新规则；(4)变厚度B柱一维元胞自动机模型的质量收敛准则判断；(5)变厚度B柱一维元胞自动机模型的全局收敛准则判断；(6)获得汽车变厚度B柱的最优厚度分布形式。本发明提高了变厚度B柱最优厚度分布优化设计效率，在满足变厚度B柱轻量化设计的同时，提高了其耐撞性能，对汽车变厚度B柱的厚度分布快速优化设计具有重要的指导意义。

技术领域

本发明属于汽车B柱的结构设计领域，具体涉及一种基于一维混合元胞自动机的汽车变厚度B柱设计方法。

背景技术

汽车B柱是整车侧面碰撞的重要吸能部件和传力结构，对整车侧面碰撞安全性能至关重要。随着汽车轻量化和碰撞安全性法规的日趋严格，兼顾B柱结构的轻量化和耐撞性设计成为新的研究课题。面对B柱结构轻量化和耐撞性设计的双重压力，合理设计B柱的板料厚度是解决该问题的关键。

传统的车身薄壁结构由等厚度板材经冲压成形加工而成，由于车身结构通常承受复杂载荷工况，等厚度板材无法充分提高结构的材料利用率。目前，将激光拼焊(Tailorwelded blanks，TWB)或者连续变厚度轧制工艺(Tailor-Rolled Blank，TRB)引入B柱结构设计成为解决该问题的重要手段。其中，激光拼焊板(TWB板)由不同板材、不同材料通过激光拼焊组合而成，应用在车身上能提高零件的材料利用率，实现车身轻量化。但TWB结构的焊缝位置存在厚度突变，会导致激光拼焊板的回弹预测、模具设计以及制造等困难。与TWB结构相比，利用柔性轧制技术生产的连续变厚板(TRB板)结构的厚度可以连续变化，不存在焊缝，具有更好的成形性能和轻量化潜力。在变厚度板的结构设计方法方面，混合元胞自动机方法(Hybrid Celluar Automata,HCA)成为解决变厚度B柱结构设计问题的有效手段。然而，目前针对HCA方法的大部分研究工作都是在实体网格模型的基础上以单元密度为设计变量，进行结构拓扑优化设计，很难直接利用HCA方法实现变厚度B柱板料厚度的拓扑优化设计。

针对以上变厚度B柱结构设计方面存在的不足，本发明在HCA方法的基础上，提出一种针对变厚度B柱的厚度分布进行优化设计的一维混合元胞自动机方法(One dimensionHybrid Cellular Automata)，将变厚度B柱厚度分布的设计问题转化为结构应变能均匀分布的优化问题，根据变厚度B柱的结构特点和受载工况确定设计变量及其更新规则，根据连续变厚度轧制工艺的要求定义厚度分布约束，并确定迭代方式和收敛准则。

通过国内外相关技术的研究，在汽车被动安全性设计领域中，未发现有类似的针对变厚度汽车B柱的厚度分布设计方法。

发明内容

本发明提供一种基于一维混合元胞自动机的汽车变厚度B柱设计方法，旨在解决变厚度B柱的厚度分布最优化设计问题。

为解决上述技术问题，本发明主要通过以下步骤实现：

(1)根据变厚度B柱的工艺特点，将变厚度B柱沿轧制方向划分为若干一维元胞，进而建立变厚度B柱的一维元胞自动机模型；

(2)确定变厚度B柱一维元胞自动机模型的设计变量与场变量；

(3)确定变厚度B柱一维元胞自动机模型的厚度更新规则；

(4)变厚度B柱一维元胞自动机模型的质量收敛准则判断；

(5)变厚度B柱一维元胞自动机模型的全局收敛准则判断；

(6)获得汽车变厚度B柱厚度分布最终优化模型。