[发明专利]一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法

摘要

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法。本发明以汽车保险杠面罩总质量作为目标函数，以位移作为约束，面罩厚度作为设计变量对保险杠面罩进行尺寸优化设计。本发明要求最终优化结果除了满足收敛条件之外，还需满足位移约束条件，优化结果更准确。除此之外，本发明仅计算位移最大所在时间步的等效静态载荷，不需要计算所有时间步的等效静态载荷，计算效率较高。本发明采用matlab对上述所有功能集成，实现自动化求解，除了基本的模型前处理之外，不需要再打开有限元软件对模型进行求解，运行程序直接调用相关求解器求解，操作方便。

主权项

1.一种基于等效静态载荷法的汽车保险杠面罩尺寸优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、利用三维软件Catia设计汽车保险杠面罩几何模型；步骤二、利用有限元软件Hypermesh对步骤一的几何模型进行网格划分，并赋予材料和属性；步骤三、利用有限元软件Hypermesh对步骤二的网格有限元模型进行前处理，添加摆锤刚体有限元模型，用来撞击汽车保险杠面罩，导出碰撞分析模型求解文件即.k文件；步骤四、利用有限元软件Hypermesh对步骤二的网格有限元模型进行前处理，对所有节点添加ASET类型约束，导出刚度求解文件即.fem文件；步骤五、利用有限元软件Hypermesh对步骤二的网格有限元模型进行前处理，添加设计变量b即面罩厚度、位移约束g以及目标函数即面罩总质量F，导出优化模型求解文件即.fem文件；步骤六、运用matlab自带的system函数自动开启LS‑dyna求解器并对步骤三中的碰撞分析模型进行求解，即对保险杠面罩进行动态非线性分析，自动求解保险杠面罩低速碰撞模型，并输出包含有每个时间步位移信息的文件即nodout文件，搜寻位移最大所在的时间步t_max，提取此时间步的位移信息z_N(t_max)；步骤七、判断步骤六中位移是否满足位移约束g_j(b,z)≤0，其中z为位移约束值，同时判断本次循环的设计变量b_k与上次循环的设计变量b_k‑1之差是否满足收敛条件|b_k‑b_k‑1|≤ε，其中，ε为收敛系数，若同时满足，输出此时面罩厚度，若不满足，进行下一步；步骤八、运用matlab自带的system函数自动开启optistruct求解器并对步骤四中的刚度分析模型进行求解，自动求解刚度分析模型，输出包含有刚度信息的文件即.pch文件，并转换成刚度矩阵K_L(b)，刚度矩阵K_L(b)与面罩厚度b有关；步骤九、将步骤六输出的位移信息和步骤八输出的刚度矩阵相乘，计算位移最大所在时间步的等效静态载荷公式如下：步骤十、运用matlab将步骤九计算的等效静态载荷作为外载荷输入到步骤五的优化模型求解文件即.fem文件中，生成完整的优化模型求解文件即.fem文件；步骤十一、运用matlab自带的system函数自动开启optistruct求解器对步骤十生成的优化模型进行求解，即对保险杠面罩进行静态线性优化，输出包含有更新后设计变量的文件即.desvar文件,提取更新后的设计变量；步骤十二、将更新后的设计变量输入步骤三的碰撞分析模型求解文件即.k文件、步骤四的刚度求解文件即.fem文件与步骤五的优化模型求解文件即.fem文件，覆盖原有的厚度信息；步骤十三、循环操作步骤六‑十二，直到满足步骤七的条件，优化结束。