[发明专利]一种汽车车架优化设计方法

权利要求书

1.一种汽车车架优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：建立梁单元模型车架和壳单元模型车架，完成前处理，并分别计算所述梁单元模型车架和所述壳单元模型车架基础性能参数的初始值；

步骤S2：对所述梁单元模型车架进行多目标拓扑优化分析，确定所述梁单元模型车架的结构布置和截面尺寸；

步骤S3：对所述梁单元模型车架进行尺寸优化，并采用灵敏度分析方法判断优化后所述梁单元模型车架结构是否合理，若否，去除不合理局部区域结构，回到步骤S2，对不合理局部区域重新进行拓扑优化；

步骤S4：建立优化后车架的三维模型，确定制造工艺性是否可行，若否，则回到步骤S3；

步骤S5：根据步骤S3优化后的车架，建立优化后壳单元模型车架，对优化后壳单元模型车架进行精细化设计；

步骤S6：对所述壳单元模型车架进行尺寸优化，计算优化后所述壳单元模型车架的基础性能参数，判断优化后所述壳单元模型车架的基础性能参数是否满足预设条件，若否，回到步骤S5。

2.根据权利要求1所述汽车车架优化设计方法，其特征在于，基础性能参数包括质量参数、刚度性能参数、模态性能参数和强度性能参数。

3.根据权利要求2所述汽车车架优化设计方法，其特征在于，所述刚度性能参数包括弯曲位移和扭转位移，所述模态性能参数包括一阶扭转频率和一阶弯曲频率，所述强度性能参数包括制动工况最大应力和转向工况最大应力。

4.根据权利要求1-3任一项所述汽车车架优化设计方法，其特征在于，对所述梁单元模型车架进行多目标拓扑优化分析，包括如下步骤：

步骤S21：确定所述梁单元模型车架的设计区域，并对各个所述设计区域添加材料；

步骤S22：选取所述梁单元模型车架的第一设计变量、第一约束条件、第一优化目标，并确定各所述基础性能参数的权重系数；

步骤S23：根据所述第一设计变量、所述第一约束条件、所述第一优化目标和所述权重系数对所述梁单元模型车架进行多目标拓扑优化分析；

步骤S24：根据多目标拓扑优化分析结果，对材料密度最高的设计区域去除材料，添加梁结构，并确定其截面尺寸，进行一次多目标拓扑优化的迭代优化；

步骤S25：将剩余设计区域确定为新的设计区域，重复步骤S22到S24，直至各设计区域的材料密度均低于预设值，将剩余设计区域去除。

5.根据权利要求4所述汽车车架优化设计方法，其特征在于，所述第一设计变量为设计区域的材料密度；

或，所述第一约束条件为：优化后所述梁单元模型车架的体积为所述梁单元模型车架初始体积的30％；

或，所述第一优化目标为：所述梁单元模型车架的弯曲刚度和扭转刚度最大；

或，所述权重系数通过初始性能归一化方法确定。

6.根据权利要求1-3任一项所述汽车车架优化设计方法，其特征在于，对所述梁单元模型车架进行尺寸优化，包括如下步骤：

选取所述梁单元模型车架的第二设计变量、第二约束条件、第二优化目标，并根据所述第二设计变量、所述第二约束条件、所述第二优化目标对所述梁单元模型车架进行尺寸优化；

所述第二设计变量为所述截面尺寸，所述第二约束条件为优化后所述梁单元模型车架的基础性能参数不低于所述梁单元模型车架基础性能参数的初始值，所述第二优化目标为所述梁单元模型车架的质量最小。

7.根据权利要求1-3任一项所述汽车车架优化设计方法，其特征在于，所述截面尺寸包括截面的长度、宽度和厚度。

8.根据权利要求1-3任一项所述汽车车架优化设计方法，其特征在于，所述精细化设计包括：在所述壳单元模型车架中结构强度低于预设强度的区域添加焊角、局部斜撑、端口封板或内板。