一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法技术

本发明专利技术涉及一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法；本发明专利技术提供的一种重构模型具有光滑的边界，可以直接用于机械加工，并且可以实现复杂轮廓拓扑优化结果的几何重构；重构模型是参数化模型，可以实现CAD与CAE的无缝连接；能够主动控制重构模型的功能响应误差的拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法。重构方法。

【技术实现步骤摘要】
一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法


[0001]本专利技术涉及一种汽车研发、计算机仿真
，尤其涉及一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法。

技术介绍

[0002]拓扑优化(topology optimization)是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，是结构优化的一种，其中结构优化可分为尺寸优化、形状优化和拓扑优化。尺寸优化(sizeoptimization)是以结构件外形或者孔洞形状为优化对象，比如凸台过渡倒角的形状等，形状优化(shape optimization)是在已有薄板上寻找新的凸台分布，提高局部刚度，拓扑优化(topology optimization)是以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。由此可见，拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。
[0003]拓扑优化的研究领域主要分为连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化。不论哪个领域，都要依赖于有限元方法。连续体拓扑优化是把优化空间的材料离散成有限个单元(壳单元或者体单元)，离散结构拓扑优化是在设计空间内建立一个由有限个梁单元组成的基结构，然后根据算法确定设计空间内单元的去留，保留下来的单元即构成最终的拓扑方案，从而实现拓扑优化。
[0004]长期以来，我国的汽车设计一般采用经验和类比方法，而欧美和日本等国外公司经历了渐进发展，从粗放的经验设计和类比设计，经过静强度和疲劳强度可靠性设计，发展到了目前的以新材料和新工艺为基础的轻量化设计技术。
[0005]近年来，国外公司为了增加竞争力，进一步向轻量化方向发展，他们一般采用高强度材料，如TRIP钢材铝合金及新型合金材料等，来实现整车轻量化，但这种做法大大增加了成本。
[0006]我国的汽车发展水平与国际先进水平仍存在较大的差距，结构过重造成的整车动力性能，燃油经济性能较差和成本较高的现象依旧突出。而大规模的使用新材料与我国相对落后的经济和市场状况不协调。因此有必要提出一种切实可行的，成本较低的轻量化技术。
[0007]为了顺应这种要求，在整车研发设计阶段，国内的众多汽车制造商有必要将传统的经验设计逐渐转变为具有严格的数学和力学基础的多体动力学—有限元辅助设计方法。
[0008]这种方法能够在研发设计阶段较为搭建出整车的虚拟样机，可以较为真实的反映出整车的性能指标和零部件力学性能，同时易于修改和优化。而现在鲜有一种较好的可以解决上述问题的方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术目的在于提供了一种能够缩短研发周期的基础上解决上述问题的拓扑优
化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一、边界识别：
[0012]S1、对待识别矩阵单元邻近的八个矩阵单元进行判断，若邻近的八个矩阵单元的逻辑值全部为1，则该矩阵单元为内部单元，否则，该矩阵单元为边界单元；
[0013]S2、按照从左到右从上到下的顺序遍历矩阵，标记所有的内部单元和边界单元；
[0014]S3、将拓扑优化结果的所有内部单元的逻辑值赋为0，得到边界单元矩阵；
[0015]S4、将矩阵单元的位置转换为二维直角坐标保存，实现边界矩阵的参数化；
[0016]步骤二、边界单元的排序：
[0017]S1、首先找到边界矩阵中待排序轮廓中含有逻辑值为1的单元的最左一列，将该列最上面的单元作为排序首单元；
[0018]S2、定义链码的初始查找方向为右上，如果右上方单元的逻辑值为1，则该单元为下一边界单元，否则，搜索方向按照顺时针方向偏转45
°
，链码数值加1，直到找到逻辑值为1的单元；
[0019]S3、用查找到的逻辑值为1的单元作为新的搜寻起点，初始查找方向为上次查找方向逆时针偏转45
°
，继续按照第S2步的方法搜索；
[0020]S4、重复步骤S3，直至搜寻到排序首单元，结束循环，完成整个边界的跟踪；
[0021]S5、按照跟踪顺序保存边界单元的直角坐标则完成了轮廓边界单元的排序，并保存链码信息，从而获取轮廓线几何参数后，对轮廓线进行规整，获得由直线和圆弧拟合的参数化图像；
[0022]步骤三、轮廓分段：
[0023]S1、对步骤二中获得的轮廓链码加权平均得到平均链码；
[0024]S2、计算轮廓的差分链码；
[0025]S4、用差分链码表示轮廓的曲率变化，差分链码突变处即轮廓的分段点。
[0026]步骤四、B样条拟合：
[0027]S1、结构灵敏度的计算方法：利用完全差分法计算边界点对尺寸变化的结构响应灵敏度；
[0028]S2、筛选插值点并进行B样条拟合：插值点的选择应该考虑轮廓边界点的灵敏度优先原则和轮廓的几何完整性原则，优先选择灵敏度大的点为插值点，然后对拓扑优化结果分段进行B样条拟合；
[0029]S3、将由步骤S2拟合而成的闭合轮廓线输出至CAD软件中得到相应的重构的几何模型。
[0030]进一步的，所述步骤二中的边界单元的排序是利用链码对边界单元跟踪和排序。
[0031]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于
说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0033]实施例
[0034]本专利技术提供了一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法，包括以下步骤：
[0035]步骤一、边界识别：
[0036]S1、对待识别矩阵单元邻近的八个矩阵单元进行判断，若邻近的八个矩阵单元的逻辑值全部为1，则该矩阵单元为内部单元，否则，该矩阵单元为边界单元；
[0037]S2、按照从左到右从上到下的顺序遍历矩阵，标记所有的内部单元和边界单元；
[0038]S3、将拓扑优化结果的所有内部单元的逻辑值赋为0，得到边界单元矩阵；
[0039]S4、将矩阵单元的位置转换为二维直角坐标保存，实现边界矩阵的参数化；
[0040]步骤二、边界单元的排序：
[0041]S1、首先找到边界矩阵中待排序轮廓中含有逻辑值为1的单元的最左一列，将该列最上面的单元作为排序首单元；
[0042]S2、定义链码的初始查找方向为右上，如果右上方单元的逻辑值为1，则该单元为下一边界单元，否则，搜索方向按照顺时针方向偏转45
°
，链码数值加1，直到找到逻辑值为1的单元；
[0043]S3、用查找到的逻辑值为1的单元作为新的搜寻起点，初始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、边界识别：S1、对待识别矩阵单元邻近的八个矩阵单元进行判断，若邻近的八个矩阵单元的逻辑值全部为1，则该矩阵单元为内部单元，否则，该矩阵单元为边界单元；S2、按照从左到右从上到下的顺序遍历矩阵，标记所有的内部单元和边界单元；S3、将拓扑优化结果的所有内部单元的逻辑值赋为0，得到边界单元矩阵；S4、将矩阵单元的位置转换为二维直角坐标保存，实现边界矩阵的参数化；步骤二、边界单元的排序：S1、首先找到边界矩阵中待排序轮廓中含有逻辑值为1的单元的最左一列，将该列最上面的单元作为排序首单元；S2、定义链码的初始查找方向为右上，如果右上方单元的逻辑值为1，则该单元为下一边界单元，否则，搜索方向按照顺时针方向偏转45
°
，链码数值加1，直到找到逻辑值为1的单元；S3、用查找到的逻辑值为1的单元作为新的搜寻起点，初始查找方向为上次查找方向逆时针偏转45
°
，继续按照第S2步的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗俊凤，
申请(专利权)人：天津市沃田金属实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：