[发明专利]一种汽车正面可变形壁障碰撞传力路径拓扑优化方法

说明书

本发明公开了一种汽车正面可变形壁障碰撞传力路径拓扑优化方法，包括以下步骤：步骤一、生成优化区域，对优化区域进行动态非线性分析，得到位移响应；步骤二、根据动态分析得到的位移响应计算等效静态载荷；步骤三、将等效静态载荷施加到模型上，依据设定的约束条件和目标函数对静态线性模型进行优化；步骤四、根据优化结果更新设计变量，重新进行动态非线性分析；步骤五、如此反复迭代计算，直至优化结果收敛。本发明结合参数化建模和优化技术可以在设计前期针对碰撞性能优化、指导设计，将仿真分析和优化的工作前置，有利于节约详细设计阶段的设计和优化时间，减少开发周期。

技术领域

本发明涉及一种汽车优化设计方法，具体涉及一种汽车正面可变形壁障碰撞传力路径拓扑优化方法，属于汽车设计技术领域。

背景技术

白车身的优化设计一般分为三个阶段：设计前期的拓扑优化；设计中期的断面尺寸、接头等优化；设计后期的料厚和形貌优化。设计前期的方案还未固化，拓扑优化能够最大程度地实现轻量化，同时也可以带来比设计后期优化大得多的经济效益。

目前，在概念设计阶段进行车身多工况拓扑优化时，通常只考虑车身的静态弯曲刚度、扭转刚度以及固有频率等，在详细设计阶段再考虑结构的碰撞安全性能。事实上，在详细设计阶段结构更改的空间十分有限，给碰撞性能的优化工作带来很大的难度，需要花费更多的人力和时间。因此在概念设计阶段引入碰撞安全性能的拓扑优化十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在概念设计阶段就考虑碰撞安全性能的基于等效静态载荷法的汽车正面可变形壁障碰撞(MPDB)传力路径拓扑优化方法。

一种汽车正面可变形壁障碰撞传力路径拓扑优化方法，包括以下步骤：

步骤一、生成优化区域，对优化区域进行动态非线性分析，得到位移响应；

步骤二、根据动态分析得到的位移响应计算等效静态载荷；

步骤三、将等效静态载荷施加到模型上，依据设定的约束条件和目标函数对静态线性模型进行优化；

步骤四、根据优化结果更新设计变量，重新进行动态非线性分析；

步骤五、如此反复迭代计算，直至优化结果收敛。

更进一步的方案是：

步骤一中，优化区域的生成，是将车身生成六面体网格。具体的优化区域根据整车的参数(长、宽、高等)以及周围环境件的位置来确定。

更进一步的方案是：

网格化处理后，网格的平均尺寸为20mm。

更进一步的方案是：

步骤二具体是：

将一系列静态载荷加载到分析域上进行静态分析，使其在任意时刻产生的位移与非线性分析产生的位移相同，即：

f_eq(s)＝K_L(b)z_N(t)(s＝s₀,s₁,…,s_n)

式中，f_eq(s)为等效载荷，K_L(b)为模型刚度矩阵，z_N(t)为位移向量；其中s和t是一一对应的，即t＝t_i等价于s＝s_i。

更进一步的方案是：

步骤三中，设定的约束条件是设置对称约束、优化尺寸的上下限为40mm-80mm，约束条件为优化区域体积分数0.2。

更进一步的方案是：

优化目标采用多目标优化，即：