[发明专利]一种混合动力客车骨架的轻量化设计方法

说明书

本发明公开了一种混合动力客车骨架的轻量化设计方法，利用hypermesh软件对混合动力客车骨架进行了静力、模态和碰撞分析，使用hyperstudy中响应线性主效应图筛选出对加速度、吸能、应力和模态影响较大的构件；将构件厚度作为设计变量，以质量最小、吸能最大为目标的多目标优化，优化分析结果表明该设计方法优化效果好，与优化前相比，质量减小了20.94%，吸能增加了19.54%，加速度降低了29.09%，完成了轻量化的同时还有效提高了碰撞的安全性。

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种混合动力客车骨架的轻量化设计方法。

背景技术

随着计算机技术的发展以及数值分析理论、优化设计等技术的不断发展完善，车架系统的设计出现了更加先进、准确、高效的方法。

目前已有专利提出的汽车多目标优化设计方法：

中国发明专利（申请号：202010417186.6）《一种基于Hyperstudy集成平台的汽车车架多学科优化方法》中公开了以车架的主要截面尺寸和板厚为设计变量,以模态频率值﹑刚度值﹑最大主应力为约束响应,以整个车架质量为目标相应的优化方法。

中国发明专利（申请号：201910229046.3）《汽车车架轻量化优化方法》中公开了通过对车架实体模型进行拓扑优化分析,以确定所述汽车车架中的车架中间横梁对应的优化区域,并对所述车架中间横梁进行结构优化;根据所述车架实体模型建立的壳体网格模型以及预设弯曲边界条件,对所述汽车车架中相对两侧的主梁进行尺寸优化,以得到最优的截面尺寸以及料厚。本发明提出的汽车车架轻量化优化方法。

中国发明专利（申请号：201910215479.3）《一种车身框架学科协同优化设计方法及系统》中公开了将弯曲刚度、扭转刚度、一阶弯曲模态、一阶扭转模态、碰撞变形等包含了线性以及高度非线性工况作为优化响应的优化方法。

发明人在实现本发明的过程中发现：

上述这些专利，《一种基于Hyperstudy集成平台的汽车车架多学科优化方法》和《汽车车架轻量化优化方法》这两个技术方案中只是将线性工况作为优化响应，未涉及碰撞等高度非线性工况，且优化目标单一；《一种车身框架学科协同优化设计方法及系统》的技术方案中虽然考虑到了碰撞性能，但只是考虑了碰撞变形，而未将涉及碰撞安全性的其他相关数据考虑到设计方案中。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种混合动力客车骨架的轻量化设计方法，兼顾一阶模态频率、四种工况中应力最大的极限扭转工况、整车正面碰撞时驾驶员处加速度、整车正面碰撞吸能等多个线性以及高度非线性响应的多学科协同优化设计。

发明构思：利用hypermesh软件对混合动力客车骨架进行了静力、模态和碰撞分析，使用hyperstudy中响应线性主效应图筛选出对加速度、吸能、应力和模态影响较大的构件；将构件厚度作为设计变量，以质量最小、吸能最大为目标的多目标优化，在完成轻量化的同时有效提高碰撞安全性。

为此本发明的技术方案为：一种混合动力客车骨架的轻量化设计方法，所述客车骨架结构是半承载式，包括车身外框骨架、车架、地板骨架，具体步骤为：

S1.基于CAE技术和有限元方法建立用于优化分析的客车骨架有限元模型；

S2.对客车骨架有限元模型进行各基础性能分析，分别为水平弯曲工况、极限扭转工况、紧急制动工况、紧急转弯工况这四种工况的静力分析，模态分析，整车骨架100%正面碰撞分析；

S3.根据客车骨架部件的位置、功能以及厚度为分组方式，将客车骨架分为若干组；

S4.将一阶模态频率、四种工况中应力最大的极限扭转工况、整车正面碰撞时驾驶员处加速度设定为优化约束，整车正面碰撞吸能、整车质量设为优化目标，构件厚度设为优化变量；