[发明专利]一种客车骨架轻量化的多学科优化方法

说明书

本发明公开了一种客车骨架轻量化的多学科优化方法，运用Hyperstudy联合Optistruct的全局响应面优化方法，以客车骨架总质量最低为目标，扭转应力以及一阶模态频率为约束，构件厚度为变量，计算出骨架各个构件的最薄厚度。在满足条件的待选方案中通过整车碰撞的评价要求筛选出最优解，最后结果表明，骨架在满足静载强度、一阶模态频率以及碰撞安全要求下，骨架质量减轻了5.33%，达到轻量化的目标。

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种客车骨架轻量化的多学科优化方法。

背景技术

轻量化已经成为汽车未来一个重要发展方向。轻量化的目的是在于保证其耐碰撞性、行驶安全性、抗震性、经济性以及舒适性的前提下，合理优化设计、采用新的材料以及新工艺达到整体降低车身重量的目的。

目前对客车骨架的多学科优化很多是以模态性能、弯曲刚度、扭转刚度、以及碰撞性能为约束，刘显春《纯电动客车车身骨架多目标轻量化设计》中通过灵敏度分析筛选出敏感度较低的变量，将质量最小以及扭转刚度最大作为优化目标，以一阶扭转模态和一阶弯曲模态作为约束，最后通过遗传算法完成轻量化设计。张苗莉《面向改进侧翻性的某大客车结构优化研究》中将客车骨架质量最小和客车质心加速度最小作为优化目标，将指定位置的生存空间作为约束，最后通过遗传算法完成轻量化设计。

目前已有专利提出的汽车多学科优化设计方法：

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。

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，优化后的模型是否符合碰撞安全性有待考证；《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，本发明提出一种客车骨架轻量化的多学科优化方法，先通过一阶模态频率、四种工况中应力最大的极限扭转工况筛选出符合条件的数据，然后通过碰撞要求筛选出最优数据。

发明构思：运用Hyperstudy联合Optistruct的全局响应面优化方法，以客车骨架总质量为响应，扭转应力以及一阶模态频率为约束，计算出骨架各个杆件的最薄厚度；在满足条件的待选方案中通过整车碰撞的评价要求筛选出最优解。

为此本发明的技术方案为：一种客车骨架轻量化的多学科优化方法，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；