[发明专利]一种车用铝合金薄壁梁的侧碰耐撞性设计与优化方法

说明书

本发明提供了一种车用铝合金薄壁梁的侧碰耐撞性设计与优化方法，步骤如下：定义铝合金薄壁梁结构特征与材料选型；设计铝合金薄壁梁内部加强结构；有限元建模与试验验证；定义耐撞性设计指标；确定薄壁梁截面拓扑形式；通过壁厚组合构建薄壁梁样本池；构建薄壁梁壁厚与各耐撞性设计指标的显示数学关系；近似多目标优化问题定义与求解；生成补充样本点加入薄壁梁样本池数据库；判断是否满足优化收敛准则，若满足，优化迭代结束；若不满足，基于加点后的样本点数据库更新代理模型，优化迭代直至满足收敛要求。本发明有益效果：有效实现车用轻量化铝合金薄壁梁的侧向耐撞性设计，减少薄壁梁样件试制轮次与耐撞性试验次数，缩短研发周期。

技术领域

本发明属于车辆薄壁梁性能设计技术领域，尤其是涉及一种车用铝合金薄壁梁的侧碰耐撞性设计与优化方法。

背景技术

铝合金的密度大概是钢的1/3，同时具有较好的力学性能以及优良的机械加工性能，因此成为汽车轻量化的重要材料。铝合金薄壁梁、杆、管等结构元件在过去的几十年里被越来越多的应用于车身结构，尤其是对轻量化水平要求更高的新能源汽车车身结构设计中。

汽车碰撞安全问题是当今社会面临的最棘手的公共健康问题之一，汽车轻量化的同时不能牺牲其碰撞安全性。针对轻量化乘用车碰撞工况下的安全性需求，铝合金空心薄壁结构、加筋薄壁结构以及填充薄壁结构在轴向以及侧向(横向)多种冲击载荷下的耐撞性被广泛研究。

在客车行业中，与乘用车的正碰、后碰等碰撞工况相比，客车的侧翻对公众生命和财产危害更大，造成的后果更加严重。而在侧翻工况下，客车车身中由薄壁梁构成的龙门框架、立柱以及窗横梁等结构的侧向耐撞性对于车身安全性影响最大，因此开展新型车用铝合金薄壁梁的侧向耐撞性设计与优化研究对于轻量化新能源客车的车身结构设计具有重要指导意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种车用铝合金薄壁梁的侧碰耐撞性设计与优化方法，以解决上述问题的不足之处。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车用铝合金薄壁梁的侧碰耐撞性设计与优化方法，包括以下步骤：

A.定义铝合金薄壁梁结构特征与材料选型；

B.设计铝合金薄壁梁内部加强结构；

C.有限元建模与试验验证；

D.定义耐撞性设计指标；

E.确定薄壁梁截面拓扑形式；

F.通过壁厚组合构建薄壁梁样本池；

G.基于代理模型构建薄壁梁壁厚与各耐撞性设计指标的显示数学关系；

H.近似多目标优化问题定义与求解；

I.基于样本增加准则生成补充样本点加入薄壁梁样本池数据库；

J.判断是否满足优化收敛准则，若满足，优化迭代结束；若不满足，基于加点后的样本点数据库更新代理模型，优化迭代直至满足收敛要求。

进一步的，所述步骤A中，定义外层规则几何形状与内部复杂加强结构的组合形式，选择承载结构件常用铝合金牌号，通过单轴拉伸获取材料应力—应变曲线。

进一步的，所述步骤B中，定义薄壁梁内部加强结构为基础几何形状，或加强筋。

进一步的，所述步骤C中，建立各薄壁梁的侧碰有限元模型，通过对无内部加强结构的基础铝合金薄壁梁进行三点弯仿真与试验对比，在准静态工况下验证建模的可靠性。