一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法技术

本发明专利技术涉及结构设计方法领域，具体涉及一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，包括以下步骤：S1.定义设计空间及边界条件；S2.拓扑优化得到力传递路径；S3.根据拓扑结果设计零件概念模型。通过本发明专利技术提供的汽车零件结构的设计方法，根据零件中力的传递路径进行设计，设计思路更有针对性，确保设计得到的零件能够满足性能要求，设计得到的结构重量轻，零件的性能优于现有的零件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法
本专利技术涉及一种结构设计方法，特别是一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法。
技术介绍
汽车上的零件具有数目繁多、结构和运行工况复杂的特点。现有技术中，对汽车上的零件进行结构设计时，通常是设计人员根据自己的经验，在现有结构的基础上进行小范围的调整。这种调整往往缺乏针对性，设计的结构受设计人员经验水平的影响较大，甚至可能出现调整后的新结构的不能满足零部件性能要求的情况。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对现有技术结构设计方法存在的设计方向盲目的问题，提供一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，包括以下步骤：S1.定义设计空间及边界条件；S2.拓扑优化得到力传递路径；S3.根据拓扑结果设计零件概念模型。作为本专利技术的优选方案，在所述步骤S3之后，还包括以下步骤：S4.验证零件概念模型是否符合性能要求。作为本专利技术的优选方案，在所述步骤S1中，具体包括以下步骤：S101.获取设计硬点及边界条件；S102.定义基础设计空间，确保基础设计空间与零件周围的结构不发生干涉；S103.前处理；S104.计算得到初始性能参数。作为本专利技术的优选方案，所述步骤S104在Optistruct求解器中进行。作为本专利技术的优选方案，在步骤S2中，包括：S201.定义单元尺寸；S202.设置质量响应变量、质量分数响应变量和位移响应变量；S203.设置质量分数约束和最大位移约束；S204.设置优化目标。作为本专利技术的优选方案，按如下数据定义拓扑参数：在步骤S201中：Parameters选项中mindim尺寸为基础单元尺寸的0.3-0.5倍,maxdim尺寸为基础单元尺寸的4-6倍。作为本专利技术的优选方案，按如下数据定义拓扑参数：在步骤S202中：Response_1＝mass,作用区域为整个初始设计空间；Response_2＝massfrac,作用区域为整个初始设计空间；Response_n＝staticdisplacement,作用区域为所有硬点所在的节点(其中n＝1,2,3,…..i)。作为本专利技术的优选方案，按如下数据定义拓扑参数：在步骤S203中：Deconstraints选项中对Response_2约束lowerbound，该参数为目标质量与初始设计空间质量的比值；Dconstraints选项中对Response_n约束uperbound(其中n＝1,2,3,….i),该参数为各工况中响应点的最大位移的5-20倍,Loadsteps＝all。作为本专利技术的优选方案，按如下数据定义拓扑参数：在步骤S204中，设置Min-response＝mass。作为本专利技术的优选方案，在所述步骤S3中，包括以下步骤：S301.对所述拓扑优化结果进行分区离散；S302.基于拓扑后的单元密度进行抽象拟合；S303.采用基础结构及其组合提供所需要的刚度，拟合各个分区中的基础结构组合，得到零件整体的概念模型。具体的，基础结构是指板、管、梁等结构。作为本专利技术的优选方案，在步骤S301中，分区离散是指，根据单元密度分布及硬点分布状态对拓补优化结构进行分区得到局部特征区域，使每个局部特征区域包含若干个设计硬点。本专利技术提供的一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法的有益效果在于：1.根据零件中力的传递路径进行设计，设计思路更有针对性，确保设计得到的零件能够满足性能要求；2.基于拓扑优化结果进行结构设计，使得到的结构重量轻；3.设计得到的零件的性能高于现有的零件。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的基于有限元的汽车钣金件结构设计方法的流程图。图2是本专利技术实施例2中的基础设计空间的结构示意图。图3是本专利技术实施例2中的拓扑优化结果示意图。图4是本专利技术实施例2中的汽车前副车架的概念模型示意图。图5是现有技术中的汽车前副车架与实施例2中的汽车前副车架概念模型的模态对比，其中上图是现有技术中汽车前副车架模态，下图是实施例2中的汽车前副车架概念模型的模态。图标：1-基础设计空间；2-第一区；3-第二区；4-第三区；5-第四区；6-第五区。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1请参阅图1。本专利技术提供了一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，这种设计方法包括以下步骤：S1.定义设计空间及边界条件；S2.拓扑优化得到力传递路径；S3.根据拓扑结果设计零件概念模型；S4.验证零件概念模型是否符合性能要求。步骤S1包括以下步骤：S101.获取设计硬点及边界条件；S102.定义基础设计空间；S103.前处理；S104.计算得到初始性能参数。在步骤S101中，收集设计部门给定的相关输入条件，包括设计硬点、边界条件等。在步骤S102中，根据零件周围结构的位置，划分出待设计的零件材料所被允许存在的最大空间，该空间即为基础设计空间。在步骤S103中，根据待设计的零件所采用的材料，对基础设计空间赋予材料属性。在步骤S104中，将前处理结果提交Optistruct求解器计算，求得初始性能参数。步骤S2包括以下步骤：S201.定义单元尺寸；S202.设置质量响应变量、质量分数响应变量和位移响应变量；S203.设置质量分数约束和最大位移约束；S204.设置优化目标。将步骤S2中得到的，经过优化设置的模型提交到Optistruct求解器中计算，得到拓补优化结果。进一步的，在步骤S204结束后，还包括以下步骤：S205.检验结果是否合理，若结果不合理，再次进行步骤S201、S202、S203和S204。步骤S3包括以下步骤：S301.对所述拓扑优化结果进行分区离散；S302.基于拓扑后的单元密度进行抽象拟合；S303.采用基础结构及其组合提供所需要的刚度，拟合各个分区中的基础结构组合，得到零件整体的概念模型。在步骤S301中，根据设计硬点的分布状态对拓扑结果进行分区，使每个所述分区包括若干个硬点。具体的，若该零件的设计硬点为对称布置，则以对称轴为界，对对称轴一侧的拓扑优化结果进行分区和结构设计，对称轴另一侧的结构由对称得到。在步骤S302中，根据各个硬点周围的单元密度分布状态，忽略细小、容易引起歧义、断开的拓补结构特征，将有助于提升各向刚度的拓补结构特征(单元密度大，无细小、断开的局部区域)作为结构设计的主要参考对象。其中，有助于提升各向刚度的拓扑结构特征是指：单元密度大，无细小或断开的局部特征区域。通过各个局部特征区域内的参考对象确定出相应局部特征区域的定性刚度。具体的，板用于提供沿板面方向的刚度。板与沉台结合，能够用于提供沿板面方向和沿板面法线方向的刚度。板与加强筋结合，能够用于提供沿板面方向和沿板面法线方向的刚度。板与翻边结合，能够用于提供沿板面方向和沿板面法线方向的刚度。管用于提供沿空间各向的刚度，还能够用于加强抗弯和抗扭性能。具体的，在基础设计空间中定义直角坐标系XYZ，拓扑结果显示基础设计空间中某一处的单元密度较大，则根据该处的力传递方向确定采用的基础特征。如：拓扑结果显示，基础设计空间中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.定义设计空间及边界条件；S2.拓扑优化得到力传递路径；S3.根据拓扑优化结果设计零件概念模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.定义设计空间及边界条件；S2.拓扑优化得到力传递路径；S3.根据拓扑优化结果设计零件概念模型。2.根据权利要求1所述的基于有限元的钣金件结构设计方法，其特征在于，在所述步骤S3之后，还包括以下步骤：S4.验证零件概念模型是否符合性能要求。3.根据权利要求1所述的基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，其特征在于，在所述步骤S1中，具体包括以下步骤：S101.获取设计硬点及边界条件；S102.定义基础设计空间；S103.前处理；S104.计算得到初始性能参数。4.根据权利要求3所述的基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，其特征在于，所述步骤S104在Optistruct求解器中进行。5.根据权利要求4所述的基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，其特征在于，在步骤S2中，包括：S201.定义单元尺寸；S202.设置质量响应变量、质量分数响应变量和位移响应变量；S203.设置质量分数约束和最大位移约束；S204.设置优化目标。6.根据权利要求5所述的基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，其特征在于，按如下数据定义拓扑参数：在步骤S201中：Parameters选项中mindim尺寸为基础单元尺寸的0.3-0.5倍,maxdim尺寸为基础单元尺寸的4-6倍。7.根据权利要求5所述的基于有限元的汽车钣金件结构设计方法，其特征在于，按如下数据定义拓扑参数：在步骤S202中：Response_1＝mass,作用区域为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小林，
申请(专利权)人：东风小康汽车有限公司重庆分公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50