挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法及系统、介质技术方案

本发明专利技术涉及一种挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法及其系统、计算机可读存储介质，所述方法包括如下步骤：步骤S1、提供一挤压铝合金梁截面，以所述挤压铝合金梁截面为一维梁单元的截面特征、所述挤压铝合金梁的长度为一维梁单元长度构建一维梁单元；其中，所述截面包括多条边；步骤S2、以所述截面的各个边的长度和厚度为变量、给定的一维梁单元质量约束值为约束条件、以及所述一维梁单元的一阶弯曲模态和侧向刚度为优化目标进行多目标优化获得最优解。实施本发明专利技术能够提高有限元计算效率和简化有限元计算方法。

【技术实现步骤摘要】
挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法及系统、介质
本专利技术涉及新能源汽车
，具体涉及一种电池包用挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法及其系统、计算机可读存储介质。
技术介绍
由于能量密度要求的日益严苛，现有的电池包通常采用挤压铝合金结构，从而达到轻量化的目的以满足能量密度要求。挤压铝合金梁的设计关系着电池包的能量密度、整包结构性能，乃至整车结构性能，其截面设计对结构的刚度、模态等性能影响很大。挤压铝合金梁不仅作为电池包的结构支撑，同时需要负责与车身的连接，电池模块的安装。现有铝合金梁结构分析技术是通过把铝合金梁离散成大量的三维网格的有限元方法，在厚度比较薄的区域需要将网格尺寸控制在很小才能达到一定的仿真精度，才能保证对铝合金梁的结构性能计算误差不至于过大。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有挤压铝合金梁的有限元方法存在以下问题：1)计算效率慢，无法快速验证铝合金梁的结构性能。2)需要细化网格数多，且需要相关有限元仿真经验，对于一般无CAE经验的产品工程师无法应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种电池包用挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法及其系统、计算机可读存储介质，以提高有限元计算效率和简化有限元计算方法。为了实现本专利技术目的，根据本专利技术第一方面，本专利技术实施例提供一种挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，包括如下步骤：步骤S1、提供一挤压铝合金梁截面，以所述挤压铝合金梁截面为一维梁单元的截面特征、所述挤压铝合金梁的长度为一维梁单元长度构建一维梁单元；其中，所述截面包括多条边；步骤S2、以所述截面的各个边的长度和厚度为变量、给定的一维梁单元质量约束值为约束条件、以及以所述一维梁单元的一阶弯曲模态频率和侧向刚度最大化为优化目标进行优化获得各个边的长度和厚度的最优解。优选地，一维梁单元侧向刚度的有限元计算具体如下：对所述一维梁单元中间位置施加侧向力，所述侧向力方向垂直于梁单元的轴向；将施加侧向力的一维梁单元提交静力计算得到施加侧向力处的位移，根据公式K＝F/s计算得到一维梁单元的侧向刚度；其中，K为侧向刚度，S为施加侧向力处的位移，F为施加的侧向力。优选地，所述步骤S2包括：采用兰佐斯模态分析算法计算一维梁单元的一阶弯曲模态。优选地，所述进行多目标优化获得最优解采用如下多目标优化函数进行优化：其中，K为一维梁单元的侧向刚度，freq1为一维梁单元的一阶弯曲模态频率，m为一维梁单元质量值，mtarget为给定的一维梁单元质量约束值，Ti为梁截面的第i条边的厚度，li为第i条边的长度；其中，在满足所述约束条件的情况下，一维梁单元的一阶弯曲模态和侧向刚度为最大时所对应的截面的各个边的长度和厚度即为最优解。优选地，所述步骤S2包括：采用遗传算法、MAGA算法或NSGA-II算法对所述函数进行优化迭代得到最优解。根据本专利技术第二方面，本专利技术实施例提供一种挤压铝合金梁结构性能的有限元计算系统，其用于实现所述挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，包括：模型构建单元，用于使用绘图软件绘画一挤压铝合金梁截面，以所述挤压铝合金梁截面为一维梁单元的截面特征、所述挤压铝合金梁的长度为一维梁单元长度构建一维梁单元；其中，所述截面包括多条边；优化处理单元，用于以所述截面的各个边的长度和厚度为变量、给定的一维梁单元质量约束值为约束条件、以及所述一维梁单元的一阶弯曲模态和侧向刚度为优化目标进行多目标优化获得最优解。优选地，所述优化求解单元包括：有限元计算单元，用于对所述一维梁单元进行有限元计算，得到每一组截面参数所对应的一维梁单元侧向刚度。优选地，所述优化求解单元包括：模态分析单元，用于采用兰佐斯模态分析算法计算每一组截面参数所对应的一维梁单元的一阶弯曲模态。优选地，所述优化求解单元包括：求解单元，用于根据所述有限元计算单元的处理结果和所述模态分析单元的处理结果进行多目标优化获得最优解；其中，在满足所述约束条件的情况下，一维梁单元的一阶弯曲模态和侧向刚度为最大时所对应的截面的各个边的长度和厚度即为最优解。根据本专利技术第三方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可由处理器执行完成所述挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法。以上技术方案具有以下有益效果：本专利技术实施例采用简化的一维梁单元代替传统的三维六面体单元进行有限元计算，计算不同梁截面的重量、刚度、模态及抗挤压性能，建模方式简单快速，无需控制网格质量，通过参数调整快速对比不同截面形式的挤压铝梁的结构性能，基于参数优化的方法可以快速优化梁截面长度、厚度获得最优解，有利于挤压铝合金梁结构的合理选型，大大提高优化效率，为电池包前期设计提供快速仿真响应，达到材料的合理配置，为电池包结构设计提供有效支持。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一所述一种挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法流程示意图。图2为本专利技术实施例一所述一维梁单元模型结构示意图。图3为本专利技术实施例二所述一种挤压铝合金梁结构性能的有限元计算系统示意图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。另外，为了更好的说明本专利技术，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本专利技术同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本专利技术的主旨。如图1所示，本专利技术实施例一提供本专利技术实施例提供一种挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，其适用于，包括如下步骤：步骤S1、提供一挤压铝合金梁截面，以所述挤压铝合金梁截面为一维梁单元的截面特征、所述挤压铝合金梁的长度为一维梁单元长度构建一维梁单元；其中，所述截面包括多条边；具体而言，所述提供一挤压铝合金梁截面可以使用例如catia等绘图软件绘画挤压铝合金梁截面。如图2所示，为一维梁单元模型结构示意图，由图2可见，其截面由多条变构成，每一条边具有一定的厚度和长度。步骤S2、以所述截面的各个边的长度和厚度为变量、给定的一维梁单元质量约束值为约束条件、以及以所述一维梁单元的一阶弯曲模态频率和侧向刚度最大化为优化目标进行优化获得各个边的长度和厚度的最优解。即所述最优解为满足所述约束条件情况下，一阶弯曲模态频率和侧向刚度最大化时所对应的各个边的长度和厚度。优选地，一维梁单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、提供一挤压铝合金梁截面，以所述挤压铝合金梁截面为一维梁单元的截面特征、所述挤压铝合金梁的长度为一维梁单元长度构建一维梁单元；其中，所述截面包括多条边；/n步骤S2、以所述截面的各个边的长度和厚度为变量、给定的一维梁单元质量约束值为约束条件、以及以所述一维梁单元的一阶弯曲模态频率和侧向刚度最大化为优化目标进行多目标优化获得各个边的长度和厚度的最优解。/n

【技术特征摘要】
1.一种挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、提供一挤压铝合金梁截面，以所述挤压铝合金梁截面为一维梁单元的截面特征、所述挤压铝合金梁的长度为一维梁单元长度构建一维梁单元；其中，所述截面包括多条边；
步骤S2、以所述截面的各个边的长度和厚度为变量、给定的一维梁单元质量约束值为约束条件、以及以所述一维梁单元的一阶弯曲模态频率和侧向刚度最大化为优化目标进行多目标优化获得各个边的长度和厚度的最优解。


2.如权利要求2所述的挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，其特征在于，一维梁单元侧向刚度的有限元计算具体如下：
对所述一维梁单元中间位置施加侧向力，所述侧向力方向垂直于梁单元的轴向；
将施加侧向力的一维梁单元提交静力计算得到施加侧向力处的位移，根据公式K＝F/s计算得到一维梁单元的侧向刚度；其中，K为侧向刚度，S为施加侧向力处的位移，F为施加的侧向力。


3.如权利要求2所述的挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
采用兰佐斯模态分析算法计算一维梁单元的一阶弯曲模态频率。


4.如权利要求3所述的挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，其特征在于，所述进行多目标优化具体采用如下多目标优化函数进行优化：



其中，K为一维梁单元的侧向刚度，freq1为一维梁单元的一阶弯曲模态频率，m为一维梁单元质量值，mtarget为给定的一维梁单元质量约束值，Ti为梁截面的第i条边的厚度，li为第i条边的长度。


5.如权利要求4所述的挤压铝合金梁结构性能的有限元计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
采用遗传算法、MAGA算法或NSGA-II算...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琛，熊飞，刘静，匡松松，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44