[发明专利]一种两栖车辆全承载车身的仿真方法

摘要

本发明提供一种两栖车辆全承载车身的仿真方法，该方法通过利用典型方法定义不同目标函数，以及算法的优化过程计算出的全承载车身系统；包括结构拓扑优化中多目标的设定，多目标评价方法的确定，结构拓扑优化仿真方法的确定，基于优化结果的车身结构设计等四个必要设计环节，对目标拓扑优化的结果决定了产品的最优拓扑。本发明的仿真方法在很大程度上保证了两栖车身结构设计的尺寸和形状是在材料分布最优初始拓扑形式下进行的，能够极大地提高材料利用率确定出车身主要承载结构件的最佳布局的同时可以大幅节约设计时间，并且可以显著地提高了高速两栖车的结构优化水平,进而保证了两栖车量的快速、可靠及稳定的工作状态。

主权项

一种两栖车辆全承载车身的仿真方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1.设定所述两栖车辆全承载车身的拓扑基本结构中的目标优化函数；步骤2.将所述目标优化函数转化成评价函数，以完成所述拓扑基本结构的建立；步骤3.将所述全承载车身的载荷及约束映射到所述拓扑基本结构的相应位置，并优化所述拓扑基本结构；步骤4.根据所述拓扑基本结构的优化结果设计所述两栖车辆全承载车身的结构；所述步骤1，包括：1‑1.规范化所述两栖车辆全承载车身的拓扑基本结构中的多目标；其中，所述多目标包括所述全承载车身的船型外壳的兴波阻力、所述全承载车身的静态多工况刚度和动态固有频率；1‑2.分别建立所述兴波阻力的优化函数、所述静态多工况刚度的优化函数和所述动态固有频率的优化函数；所述1‑2，包括：1‑2‑1.建立所述兴波阻力的优化函数：根据外形优化方法得到所述兴波阻力Rw的优化函数为：上式中，ρ为液体密度；g为重力加速度；为相对速度；I，J均为船外形参数；θ为基元波与行驶方向的夹角；i＝1、2…..p；T为液面以下深度；z为压力；f为需要优化的低阶频率的阶次；ξ为液面抬高；k0为基本波数；1‑2‑2.建立所述静态工况刚度的优化函数：采用柔度等效法，将刚度最大问题等效为柔度最小问题，得到静态多刚度拓扑优化的目标函数：minC(ρ)={Σk=1mωkq[Ck(ρ)-CkminCkmax-Ckmin]q}1q;]]>式中，ρ为液体密度；m为载荷工况总数；k为工况中的某一个；ωk为第k个工况的权值；q为惩罚因子，且q≥2；Ck(ρ)为第k个工况的柔度目标函数；分别为第k个工况柔度目标函数的最大值和最小值；1‑2‑3.建立所述动态固有频率的优化函数：采用频率平均法建立所述动态固有频率的优化函数：max(Λ(ρ))={x1,x2,...xn}=λ0+s(Σi=1fωiMi-λ0)-1;]]>式中，Λ(ρ)为平均频率；x1,x2...xn为采样阶数，λ0为权系数，s为给定的参数值，f为需要优化的低阶频率的阶次；i＝1、2…p；ωi为第i阶频率的权重系数；Mi为第i阶特征频率，用来调整目标函数。