[发明专利]一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法

说明书

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法。本发明以汽车保险杠面罩总质量作为目标函数，以位移作为约束，面罩厚度作为设计变量对保险杠面罩进行尺寸优化设计。本发明要求最终优化结果除了满足收敛条件之外，还需满足位移约束条件，优化结果更准确。除此之外，本发明仅计算位移最大所在时间步的等效静态载荷，不需要计算所有时间步的等效静态载荷，计算效率较高。本发明采用matlab对上述所有功能集成，实现自动化求解，除了基本的模型前处理之外，不需要再打开有限元软件对模型进行求解，运行程序直接调用相关求解器求解，操作方便。

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法。

背景技术

在传统结构优化设计中，静态线性优化设计发展得较为成熟，而生活中许多机械结构承受的载荷是动态的，且结构本身可能具有非线性特性，传统的静态线性优化方法难以应用于这种动态非线性优化问题中。因此，可以采用等效静态载荷法，将动态非线性优化问题转换为计算较容易的静态线性优化问题。

工程领域中，碰撞是较为常见的现象，如汽车保险杠的低速碰撞。碰撞过程中，结构受到的载荷具有动态特性。因此，在考虑碰撞安全性的基础上对结构进行优化，即为一种动态非线性优化问题。目前国内对此类研究较少，通常是基于静态载荷对结构进行优化，或者仅凭经验进行设计，这种结果准确性较差。而直接对结构进行动态非线性优化设计较为困难。因此，本发明提供一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法，计算效率较高，且结果更为准确。

发明内容

本发明提供一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法，能够有效解决板件在考虑碰撞安全性进行尺寸优化过程中的动态非线性问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用三维软件Catia设计汽车保险杠面罩几何模型；

步骤二、利用有限元软件Hypermesh对步骤一的几何模型进行网格划分，并赋予材料和属性；

步骤三、利用有限元软件Hypermesh对步骤二的网格有限元模型进行前处理，添加摆锤刚体有限元模型，用来撞击汽车保险杠面罩，导出碰撞分析模型求解文件即.k文件；

步骤四、利用有限元软件Hypermesh对步骤二的网格有限元模型进行前处理，对所有节点添加ASET类型约束，导出刚度求解文件即.fem文件；

步骤五、利用有限元软件Hypermesh对步骤二的网格有限元模型进行前处理，添加设计变量b即面罩厚度、位移约束g以及目标函数即面罩总质量F，导出优化模型求解文件即.fem文件；

步骤六、运用matlab自带的system函数自动开启LS-dyna求解器并对步骤三中的碰撞分析模型进行求解，即对保险杠面罩进行动态非线性分析，自动求解保险杠面罩低速碰撞模型，并输出包含有每个时间步位移信息的文件即nodout文件，搜寻位移最大所在的时间步t_max，提取此时间步的位移信息z_N(t_max)；

步骤七、判断步骤六中位移是否满足位移约束g_j(b,z)≤0，其中z为位移约束值，同时判断本次循环的设计变量b_k与上次循环的设计变量b_k-1之差是否满足收敛条件|b_k-b_k-1|≤ε，其中，ε为收敛系数，若同时满足，输出此时面罩厚度，若不满足，进行下一步；