[发明专利]一种轻量化新能源汽车内空间的拓扑优化方法

说明书

本发明涉及一种轻量化新能源汽车内空间的拓扑优化方法；确定轻量化新能源汽车内空间结构的拓扑优化空间，建立轻量化新能源汽车车型的整车模型和轻量化新能源汽车车内零件有限元模型，并确定适用于轻量化新能源汽车内空间结构分析的工况路径；利用工况路径，建立轻量化新能源汽车内空间结构的拓扑分析模型；计算分析模型，并输出分析处理的数据，构建空间模型；基于输出的空间模型，利用构建的第一版轻量化新能源汽车内空间结构方案建立有限元模型，验证轻量化新能源汽车内空间结构的各个功能，并分析各个功能是否满足轻量化新能源汽车内空间结构安全建立的要求；本发明提供的一种可以缩短研发周期的轻量化新能源汽车内空间的拓扑优化方法。

技术领域

本发明涉及一种汽车研发、计算机仿真技术领域，尤其涉及一种轻量化新 能源汽车内空间的拓扑优化方法。

背景技术

拓扑优化(topology optimization)是一种根据给定的负载情况、约束条件 和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，是结构优化的 一种，其中结构优化可分为尺寸优化、形状优化和拓扑优化。尺寸优化(size optimization)是以结构件外形或者孔洞形状为优化对象，比如凸台过渡倒角的 形状等，形状优化(shapeoptimization)是在已有薄板上寻找新的凸台分布，提 高局部刚度，拓扑优化(topologyoptimization)是以材料分布为优化对象，通过 拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。由此可见， 拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大 的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。

拓扑优化的研究领域主要分为连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化。不论 哪个领域，都要依赖于有限元方法。连续体拓扑优化是把优化空间的材料离散 成有限个单元(壳单元或者体单元)，离散结构拓扑优化是在设计空间内建立一 个由有限个梁单元组成的基结构，然后根据算法确定设计空间内单元的去留， 保留下来的单元即构成最终的拓扑方案，从而实现拓扑优化。

长期以来，我国的汽车设计一般采用经验和类比方法，而欧美和日本等国 外公司经历了渐进发展，从粗放的经验设计和类比设计，经过静强度和疲劳强 度可靠性设计，发展到了目前的以新材料和新工艺为基础的轻量化设计技术。

近年来，国外公司为了增加竞争力，进一步向轻量化方向发展，他们一般 采用高强度材料，如TRIP钢材铝合金及新型合金材料等，来实现整车轻量化， 但这种做法大大增加了成本。

我国的汽车发展水平与国际先进水平仍存在较大的差距，结构过重造成的 整车动力性能，燃油经济性能较差和成本较高的现象依旧突出。而大规模的使 用新材料与我国相对落后的经济和市场状况不协调。因此有必要提出一种切实 可行的，成本较低的轻量化技术。

为了顺应这种要求，在整车研发设计阶段，国内的众多汽车制造商有必要 将传统的经验设计逐渐转变为具有严格的数学和力学基础的多体动力学—有限 元辅助设计方法。

这种方法能够在研发设计阶段较为搭建出整车的虚拟样机，可以较为真实 的反映出整车的性能指标和零部件力学性能，同时易于修改和优化。而现在鲜 有一种较好的可以解决上述问题的方法。

发明内容

本发明目的在于提供了一种能够缩短研发周期的基础上解决上述问题的轻 量化新能源汽车内空间的拓扑优化方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种轻量化新能源汽车内空间的拓扑优 化方法。

包括以下步骤：

步骤一、确定轻量化新能源汽车内空间结构的拓扑优化空间；

步骤二、建立轻量化新能源汽车车型的整车模型和轻量化新能源汽车车内 零件有限元模型，并确定适用于所述轻量化新能源汽车内空间结构分析的工况 路径；

步骤三、利用所述步骤二中的工况路径，建立轻量化新能源汽车内空间结 构的拓扑分析模型；