[发明专利]基于多组件结构形式的简化车身地板设计方法

权利要求书

1.一种基于多组件结构形式的简化车身地板设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立简化车身地板初始设计空间有限元模型；

步骤二：建立用于简化车身地板多相惩罚材料插值模型；

步骤三：建立多工况下简化车身地板结构优化目标；

步骤四：建立简化车身地板结构零件材料成本约束；

步骤五：建立简化车身地板结构零件加工成本约束；

步骤六：建立多组件结构形式的简化车身地板拓扑优化理论模型；

步骤一中所述建立简化车身地板初始设计空间有限元模型，包括以下具体步骤：

1)简化车身地板结构初始设计空间的离散化处理；

首先，建立简化车身地板的初始设计空间；

其次，由于车身地板结构的对称性，选取初始设计空间的一半进行结构设计，然后将其进行离散化处理，划分为N个有限元网格；

最终，所得到的离散后初始设计空间中共包含2种不同类型的单元，分别命名为结构单元和铰接单元；其中，结构单元是一种大正方形单元，单元尺寸为2L_S×2L_S；而铰接单元包括2种：一种长方形铰接单元，命名为A类铰接单元，其单元尺寸为2L_S×2L_J；一种小正方形铰接单元，命名为B类铰接单元，其单元尺寸为2L_J×2L_J；

结构单元包括两个设计变量：单元密度ρ_i和组件比重分数向量m_i；其中，单元密度ρ_i用来表示该结构单元的有无；组件比重分数向量m_i的目的是实现多组件形式的分块，对于由K个组件构成的薄壁梁结构，向量m_i包含K个元素，每个元素对应该结构单元在K个组件中的组件比重分数；此外，结构单元的弹性模量设置为E^(S)，铰接单元的弹性模量需要根据相邻的结构单元或铰接单元计算得出；

2)计算铰接单元的弹性模量；

简化车身地板结构离散后设计空间中A类和B类铰接单元分布，其弹性模量分别用E_A、E_B表示；

A类铰接单元位于两个结构单元之间，其几何尺寸为2L_S×2L_J，L_S为结构单元长边长的一半，L_J为铰接单元短边长的一半；结构单元之间的A类铰接单元，弹性模量计算公式为式(1)和式(2)；

其中，ρ₁为结构单元1的单元密度，ρ₂为结构单元2的单元密度，m₁为结构单元1的组件比重分数向量，m₂为结构单元2的组件比重分数向量，H为一个K×K的矩阵，主对角线上的元素为E^(S)，其余位置的元素为E^(J)，E^(S)为结构单元的弹性模量，E^(J)为表示两个不同组件之间连接强度的弹性模量；

B类铰接单元位于四个A类铰接单元之间，其几何尺寸为2L_J×2L_J；

结构单元之间的B类铰接单元，弹性模量计算表达式为式(3)；

其中，ρ_i为第i个结构单元的单元密度，E₁₃和E₂₄分别为以面对角线上的结构单元1、结构单元3和结构单元2、结构单元4相邻为假设计算所得的虚拟A类铰接单元弹性模量数值，不具有实际意义，只用于构建B类弹性模量表达式。