[发明专利]一种汽车顶盖设计方法及汽车顶盖结构

权利要求书

1.一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：确定待设计顶盖结构的性能要求，以及与所述性能相关的载荷工况；

步骤二：创建不包括加强筋和加强件的所述顶盖的初始有限元模型，其中，所述加强件为从所述顶盖主体上增加材料形成的加强结构；

步骤三：根据所述性能要求和所述载荷工况设置形貌优化的约束条件和优化目标，对所述初始有限元模型进行形貌优化；

步骤四：根据所述性能要求和所述载荷工况设置拓扑优化的约束条件和优化目标，对所述初始有限元模型进行拓扑优化；

步骤五：结合步骤三的形貌优化结果和步骤四的拓扑优化结果，确定加强筋和加强件的形状、位置，并优化所述顶盖结构；

步骤六：根据所述性能要求和所述载荷工况设置厚度优化的约束条件和目标，对步骤五得到的所述顶盖优化结构进行厚度优化，确定所述顶盖结构最终设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述步骤二包括：

根据车型尺寸和造型创建所述顶盖的初始几何模型，其中，所述初始几何模型不包括加强筋和加强件；

将所述初始几何模型离散化得到初始有限元模型。

3.根据权利要求1或2所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，在所述步骤二之后还包括：根据所述性能要求和所述载荷工况，对所述初始有限元模型进行初始性能验证；

所述步骤五包括：结合所述初始性能验证结果、结合所述步骤三的形貌优化结果和所述步骤四的拓扑优化结果，确定加强筋和加强件的形状、位置，并优化所述顶盖结构。

4.根据权利要求3所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述初始性能验证结果、所述形貌优化结果和所述拓扑优化结果均分别包括：模态振型、模态应变能和扭转刚度应变能。

5.根据权利要求1所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述性能包括一阶模态频率、二阶模态频率、扭转刚度和重量，所述载荷工况包括所述顶盖的扭转刚度载荷工况和模态频率载荷工况。

6.根据权利要求5所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述模态频率载荷工况包括：在所述顶盖的一周最外侧的所有节点上施加六自由度全约束。

7.根据权利要求5所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述扭转刚度载荷工况包括：

在所述顶盖的前端取左右对称的一左前区域和一右前区域，并将所述左前区域和所述右前区域内的所有节点施加全约束；在所述顶盖的左后安装孔和右后安装孔分别加载相同大小的Z向载荷，并在两加载点用rbe2刚性单元连接，在两加载点的中点位置施加约束12356，其中，所述约束12356为限制X、Y、Z方向平动自由度和Y、Z方向转动自由度。

8.根据权利要求7所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述扭转刚度通过所述Z向载荷的大小、所述Z向载荷的两个加载点之间的距离和所述Z向载荷的各加载点Z向位移计算得到。

9.根据权利要求1所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，在步骤四中，还包括在所述初始有限元模型的表面壳结构向下生成2-3层实体单元，所述实体单元与所述表面壳结构单元节点耦合处理，将所述实体单元作为所述拓扑优化的设计区域；

所述拓扑优化包括：

B1针对所述一阶模态频率的优化

约束条件：体积分数小于0.2、结构左右对称，

优化目标：所述一阶模态频率最大化，

优化设置：优化最小尺寸30mm，最大尺寸60mm；

B2针对所述扭转刚度的优化

约束条件：体积分数小于0.2、结构左右对称、脱模方向约束，

优化目标：所述扭转刚度最大化，

优化设置：优化最小尺寸30mm，最大尺寸60mm，

其中，所述脱模方向约束包括：横向拔模约束、纵向拔模约束和无拔模方向约束。

10.一种利用如权利要求1-9任一项所述汽车顶盖设计方法设计的汽车顶盖结构，其特征在于，包括顶盖主体(1)，所述顶盖主体(1)的底部间隔设置有第一横向加强梁(21)和第二横向加强梁(22)，在所述顶盖主体(1)的纵向方向上，所述第一横向加强梁(21)与所述顶盖主体(1)前端的距离为所述顶盖主体(1)长度的六分之一，且所述第二横向加强梁(22)与所述顶盖主体(1)前端的距离为所述顶盖主体(1)长度的三分之二，所述顶盖主体(1)的横向两侧边缘均设置有向上突起的第一加强筋(31)，所述第一加强筋(31)沿纵向从所述顶盖主体(1)的前端延伸到后端，所述顶盖主体(1)在所述第二横向加强梁(22)和后端边缘之间设置有四个向上突起的第二加强筋(32)，所述第二加强筋(32)沿纵向布置且相互间隔，所述顶盖主体(1)的后端中间设置有方形的加强支架(4)，所述加强支架(4)的前端设置有两个斜支撑(5)，两个所述斜支撑(5)的另一端与所述第二横向加强梁(22)固定连接，形成三角结构。