一种基于MDO技术的上车体结构优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于MDO技术的上车体结构优化方法，包括以下步骤：步骤一，建立车身有限元模型，实现车身多学科性能仿真分析；步骤二，建立基于上车体接头腔体和上车体关键钣金件料厚为设计变量的参数化模型；步骤三，根据步骤二，搭建基于上车体接头腔体和关键钣金件料厚为设计变量的仿真优化流程；步骤四，根据步骤三，进行各个设计变量的DOE采样计算；步骤五，根据步骤四中的DOE采样计算结果构造满足精度要求的响应面近似模型；步骤六，根据步骤五中的响应面近似模型，将车身多学科性能指标的限值作为约束条件，以车身重量最轻作为优化目标进行优化设计并获得优化方案。本发明专利技术能够快速的寻找出满足车身多学科性能要求的轻量化优化方案。

An optimization method of upper car structure based on MDO Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于MDO技术的上车体结构优化方法
本专利技术涉及汽车CAE仿真
，具体涉及一种基于MDO技术的上车体结构优化方法。
技术介绍
当前各大汽车生产企业CAE仿真技术发展已相当成熟，单学科仿真精度也日益提高，已逐步实现仿真可替代试验的水平。传统的单学科仿真分析虽然可以通过先进的优化方法和手段使各学科性能达到“最优”，但并没有充分考虑各性能之间的耦合和制约关系，优化方案缺乏全局性。因此，为克服单学科优化设计弊端，基于MDO技术的车体结构优化方法得到不断的发展和进步。上车体作为车身的重要组成部分，其车身结构形式及钣金件料厚分布直接影响到车身的性能和轻量化水平。以某SUV车型上车体为例，其结构包含：A立柱上接头、B立柱上接头、C立柱上接头、D立柱上接头、顶盖横梁及侧围等。车身性能包含车身刚度、车身模态、车身扭转疲劳及车身安装点刚度等，而这些性能指标之间可能是相互关联的，也可能是相互排斥的，即一种性能达到最优时，其它性能或进行了弱化。因此沿用传统的单学科仿真分析优化方法，同时满足各学科性能要求，会带来车身性能过剩及车身较重的情况，对车身开发周期和开发成本将是巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于MDO技术的上车体结构优化方法，以快速的寻找出满足车身多学科性能要求的轻量化优化方案。本专利技术所述的一种基于MDO技术的上车体结构优化方法，包括以下步骤：步骤一，建立车身有限元模型，实现车身多学科性能仿真分析，车身多学科性能包括车身刚度、车身模态、车身扭转疲劳和车身安装点刚度；步骤二，建立基于上车体接头腔体和上车体关键钣金件料厚为设计变量的参数化模型；步骤三，根据步骤二中的参数化模型，搭建基于上车体接头腔体和关键钣金件料厚为设计变量的仿真优化流程，输出项为车身弯扭刚度值、车身弯扭模态频率、车身疲劳损伤值及车身各安装点刚度值；步骤四，根据步骤三中的仿真优化流程，进行各个设计变量的DOE采样计算；步骤五，根据步骤四中的DOE采样计算结果构造满足精度要求的响应面近似模型；步骤六，根据步骤五中的响应面近似模型，将车身多学科性能指标的限值作为约束条件，以车身重量最轻作为优化目标进行优化设计并获得优化方案。进一步，步骤一具体为：采用Hypermesh前处理软件建立车身有限元模型；基于车身刚度分析工况，分别建立相应的SPC和MPC约束，并施加对应的载荷激励，设置车身结构位移响应输出，实现车身刚度CAE仿真；基于车身模态分析工况，建立自由模态边界条件，提取车身模态频率，并通过Matlab开发自动提取模态阶次、模态频率并输出相关性值（MAC），实现模态自主识别；基于车身扭转疲劳分析工况，采用惯性释放定义模型约束，通过NASTRAN求解序列计算车身各节点应力，再通过Femfat软件计算车身各节点疲劳损伤值；基于车身安装点刚度分析工况，建立相应的SPC约束，并在各安装孔中心处施加局部坐标系下的载荷激励，设置各加载点处位移响应输出，实现车身安装点刚度CAE仿真。进一步，步骤二具体为：采用前处理ANSA软件，建立基于上车体接头腔体和上车体关键钣金件料厚为设计变量的参数化模型，实现参数驱动的上车体接头腔体和上车体关键钣金件料厚更新，并输出相应的车身有限元分析模型。进一步，步骤三具体为：根据步骤二参数化模型，基于商业集成仿真优化软件Optimus，分别完成车身刚度、车身模态、车身扭转疲劳及车身安装点刚度CAE仿真分析集成和仿真结果后处理集成，搭建基于上车体接头腔体和关键钣金件料厚为设计变量的仿真优化流程，输出项为车身弯扭刚度值、车身弯扭模态频率、车身疲劳损伤值及车身各安装点刚度值。进一步，步骤四具体为：通过Matlab开发在各设计变量取值范围内随机生成参数变化试验组合，并在Optimus软件上以Table试验组合形式进行车身多学科性能DOE采样计算。进一步，步骤五具体为：根据步骤四中DOE采样计算结果，采用最小二乘法，Taylor线性方程展开构造响应面近似模型，然后验证响应面近似模型的精度是否满足要求，若不满足则需增加DOE采样计算的样本点，更新响应面近似模型直至精度满足要求。本专利技术公开的一种基于MDO技术的上车体结构优化方法，首先通过CAE有限元仿真技术实现了车身刚度、车身模态、车身扭转疲劳及车身安装点刚度的多学科性能的精准仿真；再筛选对多学科性能中各性能影响的参数因子作为设计变量，进行参数化建模；然后搭建多学科性能集成MDO工作流，进行多学科性能DOE仿真分析，建立响应面近似模型代替高耗时的CAE有限元分析模型；再将多学科性能指标作为约束条件，车身重量最轻作为优化目标进行优化设计，得出满足各学科性能要求且轻量化水平最高的最优解。最后将最优解代入真实CAE仿真模型进行验证，得出最终优化方案。本专利技术优点在于：通过建立上车体结构优化参数化集成模型，能够充分考虑不同学科之间的相互影响关系，有效地减少设计过程中不同学科性能的反复优化和验证过程，解决传统车身性能仿真带来的高耗时问题，从而实现缩短设计开发周期，提高产品设计质量的目的；可以在满足车身多学科性能要求的条件下，实现车身轻量化，避免车身性能设计过剩及减轻产品开发成本的目的。附图说明图1为基于MDO技术的上车体结构优化方法流程图；图2为上车体腔体及钣金件料厚设计变量示意图图3为上车体结构优化MDO工作流程图；图4为响应面模型精度分析图；图5为本案例中满足各学科性能约束条件且车身重量最轻的最优设计方案表格。具体实施方式下面以某SUV车型为例对本专利技术做进一步说明。如图1所示的一种基于MDO技术的上车体结构优化方法，包括以下步骤：步骤一，建立车身有限元模型，实现车身多学科性能仿真分析，车身多学科性能包括车身刚度、车身模态、车身扭转疲劳和车身安装点刚度；具体的，基于某SUV车型，采用Hypermesh前处理软件建立车身有限元模型；基于车身刚度分析工况，分别建立相应的SPC和MPC约束，并施加对应的载荷激励，设置车身结构位移响应测点并通过.pch文件输出响应值，实现车身刚度CAE仿真，初始设计状态下，车身扭转刚度为912KN*m/rad，弯曲刚度为11466N/m；基于车身模态分析工况，建立自由模态分析约束条件，提取车身0-70Hz模态频率，并初始设计状态下，车身一阶扭转频率为33.8Hz，一阶弯曲模态频率为45.06Hz；再通过.pch文件输出，在Matlab开发下自动提取车身模态阶次、模态频率和相关性值（MAC），实现模态自主识别；基于车身扭转疲劳分析工况，采用惯性释放定义模型约束；首先在Hyperview软件里，将NASTRAN求解生成的.op2文件进行解读，识别关重节点编号并记录；然后通过自动调用Femfat软件，计算10万次累计疲劳损伤值，输出.dma文件；最后通过二次开发程序“DmaFile_Read.exe”，实现自动输出关重节点损伤值及损伤值大于0.2的所有节点个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MDO技术的上车体结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，建立车身有限元模型，实现车身多学科性能仿真分析，车身多学科性能包括车身刚度、车身模态、车身扭转疲劳和车身安装点刚度；/n步骤二，建立基于上车体接头腔体和上车体关键钣金件料厚为设计变量的参数化模型；/n步骤三，根据步骤二中的参数化模型，搭建基于上车体接头腔体和关键钣金件料厚为设计变量的仿真优化流程，输出项为车身弯扭刚度值、车身弯扭模态频率、车身疲劳损伤值及车身各安装点刚度值；/n步骤四，根据步骤三中的仿真优化流程，进行各个设计变量的DOE采样计算；/n步骤五，根据步骤四中的DOE采样计算结果构造满足精度要求的响应面近似模型；/n步骤六，根据步骤五中的响应面近似模型，将车身多学科性能指标的限值作为约束条件，以车身重量最轻作为优化目标进行优化设计并获得优化方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于MDO技术的上车体结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，建立车身有限元模型，实现车身多学科性能仿真分析，车身多学科性能包括车身刚度、车身模态、车身扭转疲劳和车身安装点刚度；
步骤二，建立基于上车体接头腔体和上车体关键钣金件料厚为设计变量的参数化模型；
步骤三，根据步骤二中的参数化模型，搭建基于上车体接头腔体和关键钣金件料厚为设计变量的仿真优化流程，输出项为车身弯扭刚度值、车身弯扭模态频率、车身疲劳损伤值及车身各安装点刚度值；
步骤四，根据步骤三中的仿真优化流程，进行各个设计变量的DOE采样计算；
步骤五，根据步骤四中的DOE采样计算结果构造满足精度要求的响应面近似模型；
步骤六，根据步骤五中的响应面近似模型，将车身多学科性能指标的限值作为约束条件，以车身重量最轻作为优化目标进行优化设计并获得优化方案。


2.根据权利要求1所述的基于MDO技术的上车体结构优化方法，其特征在于，步骤一具体为：采用Hypermesh前处理软件建立车身有限元模型；基于车身刚度分析工况，分别建立相应的SPC和MPC约束，并施加对应的载荷激励，设置车身结构位移响应输出，实现车身刚度CAE仿真；基于车身模态分析工况，建立自由模态边界条件，提取车身模态频率，并通过Matlab开发自动提取模态阶次、模态频率并输出相关性值（MAC），实现模态自主识别；基于车身扭转疲劳分析工况，采用惯性释放定义模型约束，通过NASTRAN求解序列计算车身各节点应力，再通过Femfat软件计算车身各节点疲劳损伤值；基于车身安装点刚度分析工况，建立相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾明昱，彭磊，李学亮，苏永雷，许春铁，王卓，
申请(专利权)人：重庆长安汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50