[发明专利]一种基于等效静态载荷法的电池舱防撞梁拓扑优化方法

摘要

本发明公开一种基于等效静态载荷法的电池舱防撞梁拓扑优化方法，明确等效静态载荷提取点的时间步，将防撞梁质量作为目标函数，以位移作为约束，通过不断的迭代优化过程，最终得到最优的防撞梁结构形式。其他技术领域等效静态载荷的提取往往贯穿于整个动态过程中，而本发明等效静态载荷仅提取碰撞结束前6个时间步，提高了优化效率，本发明采用基于变密度法的拓扑优化，最终可以得到一种具有最优结构的客车电池舱防撞梁。

主权项

一种基于等效静态载荷法的电池舱防撞梁拓扑优化方法，其特征在于：步骤如下：步骤1利用三维软件设计电池舱防撞梁概念模型；步骤2将步骤1中的防撞梁和整车进行装配，并建立侧面碰撞仿真有限元模型；步骤3根据步骤2的模型进行可变形移动壁障侧面碰撞仿真，并设置仿真结束时间为h，1ms为一个时间步，获得防撞梁模型在碰撞完成前i个时间步上的位移信息，时间步记为ti；步骤4根据步骤3获得的防撞梁位移信息，计算获得对应时间步上的等效静态载荷；步骤5建立防撞梁的拓扑优化模型，确定防撞梁的设计域和非设计域；步骤6根据步骤4所得的等效静态载荷和非设计域自由度约束作为边界条件，采用变密度法和遗传算法进行拓扑优化设计；步骤7根据步骤6中获取的最新结构设计变量，更新步骤2中的碰撞仿真有限元模型，并重新进行3‑4‑5‑6步的运算，直至满足收敛条件；步骤8根据步骤7中满足收敛条件的最终设计变量对应的相对密度信息转换成厚度信息；所述步骤6的拓扑优化设计的数学模型如下式所示：Find b∈Rmmin F(b，z)s.t. K(b)z(ti)‑feq(b,ti)＝0 ti＝h‑(6‑i)i＝1,2,3,4,5,6gj(b,z)≤0,j＝1,2,...,l0.0＜bmin＜bs＜1.0,s＝1,2,...,m其中，Rm为设计域；F为目标函数；K(b)是刚度矩阵为设计变量b的函数，z(ti)是第ti时间步处的节点位移，feq(b,ti)表示第ti时间步处的设计变量对应的等效静态载荷，gj(b,z)表示约束条件，h表示动态分析过程中总的时间，l表示优化模型中的约束数量，m表示设计变量中的元素数量。