[发明专利]一种基于应变能的车身结构优化设计方法

说明书

一种基于应变能的车身结构优化设计方法，包含车身结构有限元模型建立及模块划分、基于应变能计算刚度贡献率对车身结构优化模块进行筛选、建立刚度分布数学模型，以车身结构刚度贡献分布均匀化为约束条件，实现车身结构优化设计。本发明通过计算车身结构各模块的刚度贡献率来评价各模块所占刚度贡献的比重，实现车身结构刚度的合理分布，相比传统零部件抗疲劳轻量化方法，具有定量地评价车身结构各子模块的刚度贡献，相较于传统的刚度灵敏度分析方法在计算效率及计算的流程简洁性上存在优势；能够快速筛选出车身结构优化对象，改善结构应力集中的问题，提高车身结构疲劳寿命，减轻车身质量，大大提高优化效率。

发明领域

本发明涉及一种基于应变能的车身结构优化设计方法，属于车辆车身优化设计技术领域。

背景技术

车辆车身的疲劳寿命是影响车辆行驶安全性和可靠性的关键因素，对车身进行结构优化是提高车身疲劳寿命的有效手段，而目前针对车身的抗疲劳结构优化主要是结合灵敏度方法和优化算法对疲劳寿命进行优化，然而当车身结构的优化变量数量较多时，这种方法操作流程复杂且费时，无法快速有效地对车身结构进行抗疲劳优化。

车身结构产生疲劳破坏的力学本质是应力集中，而刚度突变又是产生应力集中的根本原因，因此对于车身结构的抗疲劳优化的研究可以从协调车身结构的刚度着手。目前车身结构刚度设计主要关注结构的整体刚度，只能定性地指出车身结构刚度相对薄弱的区域，但是对于各区域的结构刚度具体强弱关系没有定量的判断，也就无法将车身结构的刚度设计目标分解到各模块中去。

发明内容

本发明针对现有的车身结构优化对象筛选方法的不足，导致无法快速有效地对车身结构进行优化设计的问题，提供一种基于应变能的车身结构优化设计方法。本发明的方法包括车身结构优化模块筛选方法以及基于该筛选方法的车身优化设计方法。

本发明的车身结构优化模块筛选方法能够定量地评价车身结构各子模块的刚度贡献，相较于传统的刚度灵敏度分析方法在计算效率及计算的流程简洁性上存在优势。基于该筛选方法的车身优化设计方法是将刚度贡献均匀化作为约束条件，用于实现车身结构的优化设计。这一整套方法包含车身结构有限元模型建立及模块划分、刚度贡献率计算、刚度分布数学模型建立等流程，以车身结构刚度贡献分布均匀化为约束条件，最终实现车身结构优化设计。

本发明一种基于应变能的车身结构优化设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1

依据结构部件将车身结构划分为若干模块；建立车身结构有限元模型，在建立有限元模型时，同一模块内网格编号连续；

所述结构部件是指车架横梁、纵梁、保险杠、尾梁、底梁、前牵引横梁、后牵引横梁、支座、吊耳、龙门梁、小龙门梁、接头A、接头B、接头C、接头D和附件；功能型的加强筋并入相应位置的结构部件中；

步骤2

对车身整体结构进行弯曲工况与扭转工况刚度仿真，得到车身各模块中每一个单元的应变能值；对各模块每一个单元的应变能值求和得到车身各模块的应变能V_i；对车身各模块的应变能V_i求和得到车身整体结构应变能V₀；

步骤3

按式(1)计算车身各模块的刚度贡献率：

式中，V₀为车身整体结构应变能，V_i为模块i的应变能；

步骤4

按式(2)确定模块的单位质量刚度贡献率，定义为刚度相对贡献率ξ_i：

ξ_i＝η_i/m_i (2)