[发明专利]一种基于应变能的车身结构优化设计方法

摘要

一种基于应变能的车身结构优化设计方法，包含车身结构有限元模型建立及模块划分、基于应变能计算刚度贡献率对车身结构优化模块进行筛选、建立刚度分布数学模型，以车身结构刚度贡献分布均匀化为约束条件，实现车身结构优化设计。本发明通过计算车身结构各模块的刚度贡献率来评价各模块所占刚度贡献的比重，实现车身结构刚度的合理分布，相比传统零部件抗疲劳轻量化方法，具有定量地评价车身结构各子模块的刚度贡献，相较于传统的刚度灵敏度分析方法在计算效率及计算的流程简洁性上存在优势；能够快速筛选出车身结构优化对象，改善结构应力集中的问题，提高车身结构疲劳寿命，减轻车身质量，大大提高优化效率。

主权项

1.一种基于应变能的车身结构优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1依据结构部件将车身结构划分为若干模块；建立车身结构有限元模型，在建立有限元模型时，同一模块内网格编号连续；步骤2对车身整体结构进行弯曲工况与扭转工况刚度仿真，得到车身各模块中每一个单元的应变能值；对各模块每一个单元的应变能值求和得到车身各模块的应变能Vi；对车身各模块的应变能Vi求和得到车身整体结构应变能V0；步骤3按式(1)计算车身各模块的刚度贡献率：式中，V0为车身整体结构应变能，Vi为模块i的应变能；步骤4按式(2)确定模块的单位质量刚度贡献率，定义为刚度相对贡献率ξi：ξi＝ηi/mi    (2)式中，mi为第i个模块的质量；步骤5计算车身各模块的刚度相对贡献率ξi，从高至低排序，筛选刚度相对贡献率位于高端的最前的20％的模块以及位于低端的最后的20％的模块；步骤6将步骤5筛选出的模块的特征参数作为变量，输入步骤1中有限元模型中，计算得到不同特征参数变量条件下的车身各模块的刚度相对贡献率数据；对得到的数据进行拟合，得到各模块的刚度相对贡献率与筛选出的模块的特征参数之间的弯曲工况函数关系式FWξi与扭转工况函数关系式FNξi；步骤7对步骤6的函数关系式FWξi和FNξi求方差，再求其平均值，得到刚度分布协调函数S，式(3)中：n是划分模块的个数；步骤8以刚度分布协调函数S及强度、刚度为约束条件，以筛选出的模块的特征参数作为变量，对优化目标建立优化函数，进行目标优化求解。