基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法及装置，其中，方法包括：选取车轮轮辐和轮辋的目标尺寸；根据目标尺寸的尺寸因素及因素水平确定正交实验表；根据正交实验表中参数建立不同结构的车轮模型；对车轮模型进行工艺模流仿真，并获取车轮结构的注塑残余应力分布和纤维取向分布；映射至车轮结构网格文件并进行CAE分析计算，以叠加注塑残余应力与载荷分布作用下应力的分析结果；获取满足预设优化条件的复合材料车轮。该方法可以考虑注塑残余应力的影响，获得车轮在载荷作用下更真实的受力状态，从而为车轮结构的优化设计提供更为准确的依据。

Optimizing Method and Device of Composite Wheel Based on Residual Stress of Injection Molding

The invention discloses an optimization method and device for composite wheel based on injection residual stress, which includes: selecting the target size of wheel spoke and rim; determining the orthogonal experimental table according to the size factor and factor level of the target size; establishing the wheel model of different structures according to the parameters of the orthogonal experimental table; simulating the process flow of the wheel model and obtaining the results. The distribution of injection residual stress and fiber orientation of wheel structure are taken, mapped to the grid file of wheel structure and calculated by CAE to superimpose the analysis results of stress under injection residual stress and load distribution, and the composite wheel satisfying the preset optimization conditions is obtained. This method can take into account the influence of residual stress of injection moulding, and obtain a more real stress state of wheel under load, thus providing a more accurate basis for the optimal design of wheel structure.

【技术实现步骤摘要】
基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法及装置
本专利技术涉及车轮设计
，特别涉及一种基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法及装置。
技术介绍
轻量化是汽车未来发展的必然趋势。复合材料具有密度低、比强度高、可设计性强等优点，目前已大量应用于汽车零部件。其中热塑性纤维增强复合材料有低成本、可回收的优点，具有很大的轻量化应用潜力。然而，热塑性复材车轮采用注塑成型工艺，冷却过程中由于车轮各部分冷却速度不均等原因产生残余应力，残余应力势必对车轮承受载荷时的应力状态和车轮疲劳寿命有影响。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法，该方法可以考虑注塑残余应力的影响，获得车轮在载荷作用下更真实的受力状态，从而为车轮结构的优化设计提供更为准确的依据。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于注塑残余应力的复合材料车轮优化装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法，包括以下步骤：选取车轮轮辐和轮辋的目标尺寸；根据所述目标尺寸的尺寸因素及因素水平确定正交实验表；根据所述正交实验表中参数建立不同结构的车轮模型；对所述车轮模型进行工艺模流仿真，并获取车轮结构的注塑残余应力分布和纤维取向分布；映射至车轮结构网格文件并进行CAE(ComputerAidedEngineering，计算机辅助工程)分析计算，以叠加注塑残余应力与载荷分布作用下应力的分析结果；获取满足预设优化条件的复合材料车轮。本专利技术实施例的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法，基于正交试验、模流仿真与有限元仿真的结合，在考虑注塑成型所导致的车轮残余应力的基础上，对长纤维增强热塑性复合材料车轮的结构进行优化设计，获得车轮在载荷作用下更真实的受力状态，从而为车轮结构的优化设计提供更为准确的依据，有效提高车轮优化的准确性和可靠性，提升优化体验。另外，根据本专利技术上述实施例的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法还可以具有以下附加的技术特征：可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述目标尺寸为车辆预设的关键尺寸。可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述目标尺寸为多个。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述对车轮模型进行工艺模流仿真，包括：对车轮在径向、弯曲、冲击载荷下的受力状态进行仿真，以反映注塑车轮的当前受力状态。可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述预设条件为车轮重量最轻和/或车轮性能最优。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于注塑残余应力的复合材料车轮优化装置，包括：选取模块，用于选取车轮轮辐和轮辋的目标尺寸；确定模块，用于根据所述目标尺寸的尺寸因素及因素水平确定正交试验表；构建模块，用于根据所述正交试验表中参数建立不同结构的车轮模型；仿真模块，用于对所述车轮模型进行工艺模流仿真，并获取车轮结构的注塑残余应力分布和纤维取向分布；分析模块，用于映射至车轮结构网格文件并进行CAE分析计算，以叠加注塑残余应力与载荷分布作用下应力的分析结果；优化模块，用于获取满足预设优化条件的复合材料车轮。本专利技术实施例的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化装置，基于正交试验、模流仿真与有限元仿真的结合，在考虑注塑成型所导致的车轮残余应力的基础上，对长纤维增强热塑性复合材料车轮的结构进行优化设计，获得车轮在载荷作用下更真实的受力状态，从而为车轮结构的优化设计提供更为准确的依据，有效提高车轮优化的准确性和可靠性，提升优化体验。另外，根据本专利技术上述实施例的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化装置还可以具有以下附加的技术特征：可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述目标尺寸为车辆预设的关键尺寸。可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述目标尺寸为多个。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述仿真模块进一步用于对车轮在径向、弯曲、冲击载荷下的受力状态进行仿真，以反映注塑车轮的当前受力状态。可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述预设条件为车轮重量最轻和/或车轮性能最优。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法的流程图；图2为根据本专利技术一个具体实施例的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法的流程图；图3为根据本专利技术一个实施例的复合材料车轮的结构示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的车轮径向疲劳试验CAE模型示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的车轮弯曲疲劳试验CAE模型示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的车轮13°冲击试验有限元模型示意图；图7为根据本专利技术实施例的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化装置的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法及装置，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法。图1是本专利技术实施例的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法的流程图。如图1所示，该基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法包括以下步骤：在步骤S101中，选取车轮轮辐和轮辋的目标尺寸。可选地，在本专利技术的一个实施例中，目标尺寸为车辆预设的关键尺寸，并且目标尺寸可以为多个。举例而言，如图2所示，本专利技术实施例首先执行步骤S1，以选取车轮轮辐和轮辋关键尺寸。如图3所示，在考虑残余应力情况下，本专利技术实施例可以在满足国标要求下，根据复合材料车轮设计的结构需求，选取车轮基本结构尺寸中的关键尺寸作为优化变量，如选取图中所给出的8个结构尺寸中的3个以上作为关键尺寸，图2中所给出的结构尺寸包括T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8。其中，T1、T2、T3为轮辐肋板的径向尺寸，T4、T5为轮辐肋板的轴向尺寸，T6、T7为轮辐肋板的周向尺寸，T8为轮辋肋板的周向尺寸。在步骤S102中，根据目标尺寸的尺寸因素及因素水平确定正交试验表。如图2所示，本专利技术实施例其次执行步骤S2，以基于关键尺寸因素及因素水平。具体地，将所选车轮关键尺寸作为正交试验的试验因素，设定各试验因素的试验水平。在步骤S103中，根据正交试验表中参数建立不同结构的车轮模型。如图2所示，本专利技术实施例进一步执行步骤S3，以基于正交试验表中的参数，建立不同结构的车轮模型。也就是说，基于正交表，确定各复材车轮的尺寸方案，可以通过SOLIDWORKS软件建立参数化模型。在步骤S104中，对车轮模型进行工艺模流仿真，并获取车轮结构的注塑残余应力分布和纤维取向分布。如图2所示，本专利技术实施例进一步执行步骤S4、步骤S5和步骤S6，以对车轮依次进行工艺模流仿真，并获取车轮结构中注塑残余应力分布和车轮结构中纤维取向分布，具体地，将车轮CAD模型导入MOLDFLOW软件中，设置工艺过程为填充-保压-冷却并划分网格，选取材料，根据实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法，其特征在于，包括以下步骤：选取车轮轮辐和轮辋的目标尺寸；根据所述目标尺寸的尺寸因素及因素水平确定正交实验表；根据所述正交实验表中参数建立不同结构的车轮模型；对所述车轮模型进行工艺模流仿真，并获取车轮结构的注塑残余应力分布和纤维取向分布；映射至车轮结构网格文件并进行CAE分析计算，以叠加注塑残余应力与载荷分布作用下应力的分析结果；以及获取满足预设优化条件的复合材料车轮。

【技术特征摘要】
1.一种基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法，其特征在于，包括以下步骤：选取车轮轮辐和轮辋的目标尺寸；根据所述目标尺寸的尺寸因素及因素水平确定正交实验表；根据所述正交实验表中参数建立不同结构的车轮模型；对所述车轮模型进行工艺模流仿真，并获取车轮结构的注塑残余应力分布和纤维取向分布；映射至车轮结构网格文件并进行CAE分析计算，以叠加注塑残余应力与载荷分布作用下应力的分析结果；以及获取满足预设优化条件的复合材料车轮。2.根据权利要求1所述的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法，其特征在于，所述目标尺寸为车辆预设的关键尺寸。3.根据权利要求1或2所述的基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法，其特征在于，所述目标尺寸为多个。4.根据权利要求1所述的基于注塑残余应力的复合材料车辆优化方法，其特征在于，所述对车轮模型进行工艺模流仿真，包括：对车轮在径向、弯曲、冲击载荷下的受力状态进行仿真，以反映注塑车轮的当前受力状态。5.根据权利要求1所述的基于注塑残余应力的复合材料车辆优化方法，其特征在于，所述预设条件为车轮重量最轻和/或车轮性能最优。6.一种基于注塑残余应力的复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡代钧，单颖春，刘献栋，何田，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11