一种汽车车身正向概念设计截面形状优化方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车车身正向概念设计截面形状优化方法，采用自顶向下的车身多截面形状优化步骤，具有很高的计算精度和车身结构整体轻量化设计效果。汽车车身正向概念设计的车身截面形状优化方法针对车身薄壁梁的特点，采用考虑泊松效应的改良的动态刚度矩阵；使用比例向量法和薄壁梁厚度参数作为优化变量，减少优化变量，保证车身多截面整体优化的可行性；在考虑弯曲刚度、扭转刚度和一阶自由振动特征频率作为设计约束的同时，还包含三类制造装配约束条件，从而保证优化所得结构的可制造性；采用分布式并行优化技术，显著提高车身整体优化计算速度。本发明专利技术的方法求解精确，计算快速，实用可靠。

A cross-section shape optimization method for forward conceptual design of automobile body

The invention discloses a cross-section shape optimization method for forward conceptual design of automobile body, which adopts top-down multi-section shape optimization step of automobile body, has high calculation accuracy and overall lightweight design effect of automobile body structure. Aiming at the characteristics of thin-walled beams in automobile body forward conceptual design, the improved dynamic stiffness matrix considering Poisson effect is adopted. Proportional vector method and thickness parameters of thin-walled beams are used as optimization variables to reduce optimization variables and ensure the feasibility of multi-section overall optimization of automobile body. The flexural stiffness, torsional stiffness and first-order free vibration characteristics are considered. As design constraints, eigenvalue frequency also includes three kinds of manufacturing and assembly constraints to ensure the manufacturability of the optimized structure. The distributed parallel optimization technology is adopted to significantly improve the overall optimization calculation speed of the body. The method of the invention has the advantages of accurate solution, fast calculation, practicality and reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种汽车车身正向概念设计截面形状优化方法
本专利技术涉及汽车车身设计领域，特别是车身概念设计阶段结构截面形状设计优化方法。
技术介绍
概念设计是汽车车身设计流程的重要组成部分，逆向概念设计是目前汽车企业广泛采取的设计方式。然而，逆向概念设计往往过度受制于标杆车车型的限制，设计周期长、效率低、质量不高，难以实现性能为主导的车身设计。正向概念设计，在设计之初就考虑车身的重要性能指标，如静态弯曲刚度、扭转刚度和一阶自由振动特征频率，利于实现性能为主导的车身概念设计，提高设计效率，缩短研发周期。基于近似理论的有限元分析软件是当前车身概念设计主导的设计工具。车身有限元模型往往由壳单元对标杆车的详细车身模型离散而成，设计自由度低，前期出现的问题在后期往往很难修正甚至根本无法修正。且重复的有限元建模效率低，周期长，很难实现性能为主导的整体优化设计。车身主要承载结构为半刚连接的薄壁梁组成的空间框架，多个薄壁梁的截面设计是车身概念设计的一项重要工作。目前，尚未有商业软件用于车身截面设计，车身研发实践中广泛采用基于经验的试凑法，该方法返工量大，耗时严重，可靠性低，无法保证车身整体结构参数最优。因此，研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车车身正向概念设计截面形状优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定汽车车身简化几何线框模型；2)根据所述车身简化几何线框模型求取车身薄壁梁、接头力学属性，建立考虑泊松效应的车身薄壁梁单元传递刚度矩阵分析模型；3)选取一定数量的薄壁梁进行顶层截面形状优化；选取需要考虑截面变化的薄壁梁进行底层截面形状优化。

【技术特征摘要】
1.一种汽车车身正向概念设计截面形状优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定汽车车身简化几何线框模型；2)根据所述车身简化几何线框模型求取车身薄壁梁、接头力学属性，建立考虑泊松效应的车身薄壁梁单元传递刚度矩阵分析模型；3)选取一定数量的薄壁梁进行顶层截面形状优化；选取需要考虑截面变化的薄壁梁进行底层截面形状优化。2.根据权利要求1所述的汽车车身正向概念设计截面形状优化方法，其特征在于，步骤1)中，所述车身简化几何线框模型为半刚连接的薄壁梁构成的空间框架结构。3.根据权利要求1所述的汽车车身正向概念设计截面形状优化方法，其特征在于，步骤2)中，所述车身薄壁梁单元传递刚度矩阵分析模型的纵向振动刚度矩阵表达式如下：其中，E为杨氏模型，A为车身结构梁单元截面面积，ν为车身材料泊松比，ρ为车身材料密度，Ip为车身结构梁单元截面极惯性矩，L为薄壁梁的长度，ω为频率。4.根据权利要求1所述的汽车车身正向概念设计截面形状优化方法，其特征在于，步骤3)中，顶层截面形状优化的数学模型如下：其中，x为顶层截面形状优化的设计变量，m为车身质量，f(x)为车身质量函数；δ为车身竖直方向最大变形，g1(x)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦欢，刘子建，钟浩龙，刘瑜，张坤鹏，胡裕菲，杨静，郭毅，尹佳成，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43