汽车车架轻量化优化方法技术

本发明专利技术涉及一种汽车车架轻量化优化方法，所述方法包括如下步骤：根据预设建模参数，对所述汽车车架进行实体化建模以得到一车架实体模型；根据预设扭转刚度边界条件，对所述车架实体模型进行拓扑优化分析，以确定所述汽车车架中的车架中间横梁对应的优化区域，并对所述车架中间横梁进行结构优化；根据所述车架实体模型建立的壳体网格模型以及预设弯曲边界条件，对所述汽车车架中相对两侧的主梁进行尺寸优化，以得到最优的截面尺寸以及料厚。本发明专利技术提出的汽车车架轻量化优化方法，可保证汽车车架的整体扭转刚度以及弯曲刚度，进一步提高了产品质量。

Lightweight optimization method for automobile frame

The invention relates to a lightweight optimization method for automobile frame, which comprises the following steps: according to the preset modeling parameters, the vehicle frame is substantially modeled to obtain a frame solid model; according to the preset torsional stiffness boundary conditions, the vehicle frame solid model is topologically optimized to determine the corresponding superiority of the frame intermediate beam in the automobile frame. According to the shell mesh model established by the frame solid model and the preset bending boundary conditions, the dimensions of the main girders on the opposite sides of the frame are optimized to obtain the optimal cross-section size and material thickness. The lightweight optimization method of the automobile frame proposed by the invention can ensure the overall torsional stiffness and bending stiffness of the automobile frame, and further improve the product quality.

【技术实现步骤摘要】
汽车车架轻量化优化方法
本专利技术涉及汽车
，特别涉及一种汽车车架轻量化优化方法。
技术介绍
随着国家对节能减排要求的提高及汽车行业竞争的加剧，如何应用先进的结构设计技术对汽车车架进行结构设计，来进实现车架的减重轻量化，从而满足国家日趋严厉的法规要求及提升产品竞争力，成为未来汽车主机厂生存的关键因素。平台化开发技术，即在满足性能带宽的前提下尽可能地实现通用化及轻量化，使得各种车型如SUV及MPV车型大量通用车身零部件，从而最大限度的降低研发成本、生产成本及管理成本。轻量化技术影响汽车的燃油经济型、动力性能、制动性能，如何实现轻量化提高产品竞争力是各个汽车企业迫在眉睫的一项紧迫任务。然而，当前国内仍有部分汽车生产厂商，不具备有效的通用化及轻量化开发技术，使得产品开发周期长、成本高，导致竞争能力不强的问题。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是为了解决现有技术中，前国内仍有部分汽车生产厂商，不具备有效的通用化及轻量化开发技术，使得产品开发周期长、成本高，导致竞争能力不强的问题。本专利技术提出一种汽车车架轻量化优化方法，其中，所述方法包括如下步骤：根据预设建模参数，对所述汽车车架进行实体化建模以得到一车架实体模型；根据预设扭转刚度边界条件，对所述车架实体模型进行拓扑优化分析，以确定所述汽车车架中的车架中间横梁对应的优化区域，并对所述车架中间横梁进行结构优化；根据所述车架实体模型建立的壳体网格模型以及预设弯曲刚度边界条件，对所述汽车车架中相对两侧的主梁进行尺寸优化，以得到最优的截面尺寸以及料厚。本专利技术提出的汽车车架轻量化优化方法，首先根据预设建模参数，对汽车车架进行实体化建模以得到一车架实体模型，然后设置扭转刚度边界条件，进行拓扑优化后可以确认得到汽车车架中车架中间横梁对应的优化区域，保证该汽车车架的扭转刚度；再根据弯曲刚度边界条件，对该车架两侧的主梁进行尺寸优化，得到最优截面尺寸以及料厚，从而在保证汽车车架扭转刚度以及弯曲刚度的同时，最大程度上减轻了该汽车车架的重量，实现了轻量化。所述汽车车架轻量化优化方法，其中，在根据所述车架实体模型建立的壳体网格模型以及预设弯曲刚度边界条件，对所述汽车车架中相对两侧的主梁进行尺寸优化，以得到最优的截面尺寸以及料厚的步骤之后，所述方法还包括：判断经优化后的所述汽车车架的结构强度是否符合对应的出厂强度标准；若否，则对制作所述汽车车架的材料牌号进行更换直至符合所述出厂强度标准。所述汽车车架轻量化优化方法，其中，所述预设扭转刚度边界条件具体设置为：在所述汽车车架的车架前端连接点、左侧主梁后悬架连接点以及右侧主梁后悬架连接点分别施加位移约束，其中在所述车架前端连接点处限制z方向位移，在所述左侧主梁后悬架连接点处限制x方向位移，y方向位移以及z方向位移，在所述右侧主梁后悬架连接点处限制x方向位移以及z方向位移。所述汽车车架轻量化优化方法，其中，对所述车架实体模型进行拓扑优化分析需满足如下条件设置：将所述车架实体模型的单元属性设置为体积分数响应以及拓扑优化的变量；将所述车架实体模型中的前板簧加载点的位移设置为位移响应；将所述车架实体模型中的约束体积分数的上限值设置为0.3。所述汽车车架轻量化优化方法，其中，对所述车架实体模型进行拓扑优化时，扭转作用力的施加方法为：在所述汽车车架的所述前板簧加载点的左右两侧分别施加在竖直方向上方向相反的作用力。所述汽车车架轻量化优化方法，其中，所述预设弯曲刚度边界条件具体设置为：在所述汽车车架的左侧主梁前悬架连接点、右侧主梁前悬架连接点、左侧主梁后悬架连接点以及右侧主梁后悬架连接点分别施加位移约束，其中在所述左侧主梁前悬架连接点处限制y方向以及z方向位移，在所述左侧主梁前悬架连接点处限制z方向位移，在所述左侧主梁后悬架连接点处限制x方向位移，y方向位移以及z方向位移，在所述右侧主梁后悬架连接点处限制x方向位移以及z方向位移。所述汽车车架轻量化优化方法，其中，对所述汽车车架中相对两侧的主梁进行尺寸优化，以得到最优的截面尺寸以及料厚的方法包括如下步骤：根据所述车架实体模型，基于SFE软件进行参数化建模得到壳体网格模型；对基于所述SFE软件参数化建模后的所述壳体网格模型，基于isight多学科优化算法对所述汽车车架的截面及料厚进行优化以得到最优的截面尺寸以及料厚。所述汽车车架轻量化优化方法，其中，在所述预设建模参数中，所述车架实体模型对应的网格尺寸为5～15mm，翘曲度<10°，长宽比<10，坍塌度<0.15，雅各比<0.7，对所述汽车车架进行实体化建模的软件为hyperworks。本专利技术的附加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。附图说明图1为本专利技术第一实施例提出的汽车车架轻量化优化方法的流程图；图2为本专利技术第二实施例提出的汽车车架轻量化优化方法的流程图；图3为本专利技术第二实施例中进行实体化建模所参考的基础车架的结构示意图；图4为本专利技术第二实施例中所建立的车架实体模型的结构示意图；图5为本专利技术第二实施例中的扭转刚度边界条件示意图；图6为本专利技术第二实施例中的弯曲刚度边界条件示意图；图7为本专利技术第二实施例中的所述车架实体模型经拓扑优化后的结构示意图；图8为本专利技术第二实施例中经拓扑优化以及尺寸优化改进后的汽车车架的示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。当前国内仍有部分汽车生产厂商，不具备有效的通用化及轻量化开发技术，使得产品开发周期长、成本高，导致竞争能力不强的问题。为了解决这一技术问题，本专利技术提出一种汽车车架轻量化优化方法，请参阅图1，对于本专利技术第一实施例提出的汽车车架轻量化优化方法，方法包括如下步骤：S101，根据预设建模参数，对所述汽车车架进行实体化建模以得到一车架实体模型。在本步骤中，对汽车车架进行实体化建模的软件为hyperworks。上述的预设建模参数，具体设置为：网格尺寸为5～15mm，翘曲度<10°，长宽比<10，坍塌度<0.15，雅各比<0.7。在此需要补充说明的是，在进行建模时，车架空间的设计可参照基础车架进行。其中，该基础车架指的是市场上在售的某一款热门车型的车架，更具有参考价值。S102，根据预设扭转刚度边界条件，对所述车架实体模型进行拓扑优化分析，以确定所述汽车车架中的车架中间横梁对应的优化区域，并对所述车架中间横梁进行结构优化。在建立了车架实体模型之后，为了保证该汽车车架的扭转刚度，在本步骤中，首先设置扭转刚度边界条件，然后对上述的车架实体模型进行拓扑优化，确定汽车车架中的车架中间横梁的区域，其中该车架中间横梁将直接影响着扭转刚度。对于上述的扭转刚度边界条件而言，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车车架轻量化优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：根据预设建模参数，对所述汽车车架进行实体化建模以得到一车架实体模型；根据预设扭转刚度边界条件，对所述车架实体模型进行拓扑优化分析，以确定所述汽车车架中的车架中间横梁对应的优化区域，并对所述车架中间横梁进行结构优化；根据所述车架实体模型建立的壳体网格模型以及预设弯曲刚度边界条件，对所述汽车车架中相对两侧的主梁进行尺寸优化，以得到最优的截面尺寸以及料厚。

【技术特征摘要】
1.一种汽车车架轻量化优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：根据预设建模参数，对所述汽车车架进行实体化建模以得到一车架实体模型；根据预设扭转刚度边界条件，对所述车架实体模型进行拓扑优化分析，以确定所述汽车车架中的车架中间横梁对应的优化区域，并对所述车架中间横梁进行结构优化；根据所述车架实体模型建立的壳体网格模型以及预设弯曲刚度边界条件，对所述汽车车架中相对两侧的主梁进行尺寸优化，以得到最优的截面尺寸以及料厚。2.根据权利要求1所述的汽车车架轻量化优化方法，其特征在于，在根据所述车架实体模型建立的壳体网格模型以及预设弯曲刚度边界条件，对所述汽车车架中相对两侧的主梁进行尺寸优化，以得到最优的截面尺寸以及料厚的步骤之后，所述方法还包括：判断经优化后的所述汽车车架的结构强度是否符合对应的出厂强度标准；若否，则对制作所述汽车车架的材料牌号进行更换直至符合所述出厂强度标准。3.根据权利要求1所述的汽车车架轻量化优化方法，其特征在于，所述预设扭转刚度边界条件具体设置为：在所述汽车车架的车架前端连接点、左侧主梁后悬架连接点以及右侧主梁后悬架连接点分别施加位移约束，其中在所述车架前端连接点处限制z方向位移，在所述左侧主梁后悬架连接点处限制x方向位移，y方向位移以及z方向位移，在所述右侧主梁后悬架连接点处限制x方向位移以及z方向位移。4.根据权利要求3所述的汽车车架轻量化优化方法，其特征在于，对所述车架实体模型进行拓扑优化分析需满足如下条件设置：将所述车架实体模型的单元属性设置为体积分数响应以及拓扑优化的变量；将所述车架实体模型中的前板簧加载点的位移设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈为欢，段龙杨，黄晖，余显忠，邱星，王伟，夏昌华，陈磊，余祯琦，
申请(专利权)人：江铃汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36