[发明专利]基于变密度法和疲劳寿命分析的白车身焊点优化方法

说明书

本发明公开了一种基于变密度法和疲劳寿命分析的白车身焊点优化方法，具体步骤为：建立整车有限元模型，并建立白车身焊点有限元模型；将建立的白车身焊点模型根据模态影响权重进行分区；基于变密度法分区建立焊点拓扑优化计算模型；将拓扑优化后的白车身焊点模型运用惯性释放法，以虚拟迭代的载荷谱为激励；计算焊点周围在激励下的应力分布，进行焊点疲劳寿命分析预测焊点的潜在风险；针对疲劳寿命不足的焊点区域进行位置、数量优化调整。本发明通过拓扑优化缩减了白车身焊点数量，既实现了白车身轻量化目标，也减少了疲劳寿命分析的设计变量，增加了计算效率，并且对改善白车身刚度以及模态性能有关键作用。

技术领域

本发明涉及汽车车身优化领域，具体涉及一种基于变密度法和疲劳寿命分析的白车身焊点优化方法。

背景技术

车身作为乘用车的承载体，必须拥有足够的强度以保证其疲劳寿命，有足够的刚度以保证其装配和使用的要求。同时应有合理的动态特性以控制振动与噪声。在有限元方法中，车身用壳单元描述，然而车身焊点本身却难以模拟，尤其是焊点布置。传统的焊接工艺的焊点布置，由于存在焊点盈余或者焊接不足，从而导致焊接转配成本的增加或刚度不足。因此，通过拓扑优化合理布置焊点数量以及位置成为一项关键技术。

道路耐久试验是整车产品开发中不可或缺的试验。随着计算机软硬件和CAE技术在疲劳仿真领域的应用日益广泛与成熟，与整车道路试验相结合以实测道路载荷谱为激励的疲劳仿真技术正成为汽车结构疲劳寿命预测的重要途径。

现有焊点优化方法大部分通过以刚度或者模态为约束条件以焊点总体积最小为目标进行单目标优化。并不能考虑到焊点缩减后在耐久性方面是否符合结构刚度要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于变密度法和疲劳寿命分析的白车身焊点优化方法，解决现有技术中由于焊点布置困难以及疲劳寿命分析不准确的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于变密度法和疲劳寿命分析的白车身焊点优化方法，包括以下步骤：

步骤1，建立整车以及焊点有限元模型；

步骤2，对建立好的白车身焊点模型进行分区；

步骤3，基于变密度法分区建立焊点拓扑优化计算模型；

步骤4，将拓扑优化后的白车身焊点模型运用惯性释放法，以虚拟迭代的载荷谱为激励；计算焊点周围在激励下的应力分布，进行焊点疲劳寿命分析预测焊点的潜在风险；

步骤5，对失效的焊点进行数量和位置调整。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明通过拓扑优化缩减了白车身焊点数量，即实现了白车身轻量化目标，也减少了疲劳寿命分析的设计变量，增加了计算效率，并且对改善白车身刚度以及模态性能有关键作用。

附图说明

图1为本发明白车身焊点优化方法流程图。

图2为白车身焊点分区示意图。

图3为焊点典型结构示意图。

图4为焊点疲劳—应力曲线图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于变密度法和疲劳寿命分析的白车身焊点优化方法，包括以下步骤：

步骤1，建立整车以及焊点有限元模型，具体为：

a)根据CATIA三维模型建立有限元模型，网格质量需满足：翘曲度≤15°；歪斜度≤60°；雅克比≥0.6；长宽比≤5；CQUAD4单元最小内角45°，CQUAD4单元最大内角135°，CTRIA3单元最小内角15°，CTRIA3单元最大内角105°。