一种汽车顶盖设计方法及汽车顶盖结构技术

本发明专利技术公开了一种汽车顶盖设计方法及汽车顶盖结构。该汽车顶盖设计方法，包括确定待设计顶盖结构的性能要求，以及与所述性能相关的载荷工况；创建不包括加强筋和加强件的所述顶盖的初始有限元模型；根据所述性能要求和所述载荷工况设置形貌优化的约束条件和优化目标，对所述初始有限元模型进行形貌优化、拓扑优化；确定加强筋和加强件的形状、位置，并优化所述顶盖结构；再进行厚度优化，确定所述顶盖结构最终设计方案，通过一轮优化就可以得到最优的结构设计，极大的提高了设计效率，节约了时间和成本，解决目前顶盖结构设计中依赖设计工程师经验、设计盲目性导致结构设计不合理、效率低下等问题，可以更高效的设计出性能更优的顶盖结构。的顶盖结构。的顶盖结构。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车顶盖设计方法及汽车顶盖结构


[0001]本专利技术涉及汽车设计
，具体涉及一种汽车顶盖设计方法及汽车顶盖结构。

技术介绍

[0002]汽车顶盖结构尺寸较大，整体结构由金属钣金件冲压成型，顶盖设计不合理容易导致结构刚度不足、模态较低，从而导致引起噪声问题、开裂问题等等。
[0003]目前对于汽车顶盖结构的设计主要基于工程师的经验和参考现有车型结构，具体如下：
[0004](1)参考市面上已有的车型或者竞品车的结构设计。由于不同整车厂针对不同定位的车辆会有不同的设计定位，因此参考现有车型设计存在结构不匹配的问题，不能完全契合当前开发车辆的实际需求。参考其他车型的设计运用到当前开发车型中，可能效果不理想，并非适合当前车型的最新设计。
[0005](2)通过设计工程师的经验，在顶盖上布置加强梁和加强筋等结构。该方法比较依赖设计工程师的工程经验，容易出现不足设计或过设计等问题。不足设计即顶盖结构不能满足性能要求，出现噪音、开裂等问题；过设计即性能远满足要求，但增加了设计、生产成本，产品不具备价格竞争优势。
[0006]另外，现有设计方案的流程为：设计工程师设计方案，仿真工程师验证，根据验证结果提出改进建议，再设计、再验证，通常需要两到三轮才能得到最终设计。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种汽车顶盖设计方法及汽车顶盖结构，极大的提高了设计效率，节约了时间和成本。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种汽车顶盖设计方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一：确定待设计顶盖结构的性能要求，以及与所述性能相关的载荷工况，其中，所述性能包括一阶模态频率、二阶模态频率、扭转刚度和重量，所述载荷工况包括所述顶盖的扭转刚度载荷工况和模态频率载荷工况；
[0010]步骤二：创建不包括加强筋和加强件的所述顶盖的初始有限元模型，其中，所述加强件为从所述顶盖主体上增加材料形成的加强结构；
[0011]步骤三：根据所述性能要求和所述载荷工况设置形貌优化的约束条件和优化目标，对所述初始有限元模型进行形貌优化；
[0012]步骤四：根据所述性能要求和所述载荷工况设置拓扑优化的约束条件和优化目标，对所述初始有限元模型进行拓扑优化；
[0013]步骤五：结合步骤三的形貌优化结果和步骤四的拓扑优化结果，确定加强筋和加强件的形状、位置，并优化所述顶盖结构；
[0014]步骤六：根据所述性能要求和所述载荷工况设置厚度优化的约束条件和目标，对
步骤五得到的所述顶盖优化结构进行厚度优化，确定所述顶盖结构最终设计方案。
[0015]在上述汽车顶盖设计方法中，为提高优化计算效率，单独对顶盖结构模型进行设计、计算、优化，通过厚度优化、形貌优化和拓扑优化等技术手段，针对顶盖结构的一阶模态、二阶模态、刚度、重量等性能进行优化，优化后对结果进行解析和结构设计，该优化方法效率高，一轮优化就可以得到最优的结构设计，极大的提高了设计效率，节约了时间和成本，解决目前顶盖结构设计中依赖设计工程师经验、设计盲目性导致结构设计不合理、效率低下等问题，可以更高效的设计出性能更优的顶盖结构。
[0016]另外，通过明确顶盖结构的性能要求，创建只包括钣金件主体的顶盖有限元模型，加强件和加强筋通过后续优化结构进行设计，对顶盖进行全新设计，使设计结果更加符合对车型性能定义；通过形貌优化主要得到加强筋的最佳位置，同时也可以指导加强件的布置，通过拓扑优化得到加强筋、加强件的形状和位置，两种优化方法同步进行，然后综合考虑二者的结果进行顶盖结构设计，使设计出来的结构性能更优。
[0017]作为本专利技术汽车顶盖设计方法的改进，所述步骤二包括：
[0018]根据商品定义和车辆造型创建所述顶盖的初始几何模型，其中，所述初始几何模型不包括加强筋和加强件；
[0019]将所述初始几何模型离散化得到初始有限元模型。
[0020]先据车型的尺寸、造型定义来直接创建顶盖模型，只建立顶盖钣金件模型，无需通过拓扑优化先寻找传力路径，再在设计空间获得结构，节省时间提高效率，而且创建的初始几何模型贴近实际，简化后续优化分析工作量。
[0021]进一步的，在所述步骤二之后还包括：根据所述性能要求和所述载荷工况，对所述初始有限元模型进行初始性能验证；
[0022]所述步骤五包括：结合所述初始性能验证结果、结合所述步骤三的形貌优化结果和所述步骤四的拓扑优化结果，确定加强筋和加强件的形状、位置，并优化所述顶盖结构。
[0023]更进一步的，所述初始性能验证结果、所述形貌优化结果和所述拓扑优化结果均分别包括：模态振型、模态应变能和扭转刚度应变能。
[0024]先利用有限元软件对初始有限元模型进行分析，若合格则可以结束设计，一般不会合格，将初始性能验证分析的结构也作为最终结构设计的考虑范围内，以此提高最终设计结果的可靠性。
[0025]作为本专利技术汽车顶盖设计方法的另一种改进，所述模态频率载荷工况包括：在所述顶盖的一周最外侧的所有节点上施加六自由度全约束。
[0026]模态频率是物体的一种固有属性，用于描述物体的振动特性，这里取前两阶作性能要求，使车身具有合理的动态性能，达到控制振动与噪声的目的，扭转刚度能够保证顶盖的强度和刚度，满足顶盖装配和使用要求，重量性能要求优化用料量，节省成本。载荷工况主要是涉及全局性、整体性结构布置的载荷，采用：全局性的刚度载荷和模态频率。
[0027]作为本专利技术汽车顶盖设计方法的又一种改进，所述扭转刚度载荷工况包括：
[0028]在所述顶盖的前端取左右对称的一左前区域和一右前区域，并将所述左前区域和所述右前区域内的所有节点施加全约束；优选的，所述左前区域为4～6平方毫米的方形区域；
[0029]在所述顶盖的左后安装孔和右后安装孔分别加载相同大小的Z向载荷，并在两加
载点用rbe2刚性单元连接，在两加载点的中点位置施加约束12356，其中，所述约束12356为限制X、Y、Z方向平动自由度和Y、Z方向转动自由度。
[0030]主节点也叫独立节点，从自由度的分配关系上讲，从节点的自由度依赖于主节点的自由度，在rbe2中，主节点的自由度默认包含平动和转动的6个自由度。rbe2是多个节点之间的刚性约束，包含一个主节点(默认包含6个自由度)和多个从节点(可选定自由度)。对于rbe2可以简单理解为将多个节点刚性焊接到另一个节点上，焊接部分的刚度是无穷大的。一旦建立了rbe2，各个从节点之间将不存在相对位移，节点之间的单元不存在变形。整体上提高了结构的刚度水平。
[0031]进一步的，所述扭转刚度通过所述Z向载荷的大小、所述Z向载荷的两个加载点之间的距离和所述Z向载荷的各加载点Z向位移计算得到，具体计算公式见下：
[0032][0033][0034]其中，T为扭转刚度，单位N
·
mm/deg，F为所述Z向载荷的大小，d为所述Z向载荷的两个加载点之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：确定待设计顶盖结构的性能要求，以及与所述性能相关的载荷工况；步骤二：创建不包括加强筋和加强件的所述顶盖的初始有限元模型，其中，所述加强件为从所述顶盖主体上增加材料形成的加强结构；步骤三：根据所述性能要求和所述载荷工况设置形貌优化的约束条件和优化目标，对所述初始有限元模型进行形貌优化；步骤四：根据所述性能要求和所述载荷工况设置拓扑优化的约束条件和优化目标，对所述初始有限元模型进行拓扑优化；步骤五：结合步骤三的形貌优化结果和步骤四的拓扑优化结果，确定加强筋和加强件的形状、位置，并优化所述顶盖结构；步骤六：根据所述性能要求和所述载荷工况设置厚度优化的约束条件和目标，对步骤五得到的所述顶盖优化结构进行厚度优化，确定所述顶盖结构最终设计方案。2.根据权利要求1所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述步骤二包括：根据车型尺寸和造型创建所述顶盖的初始几何模型，其中，所述初始几何模型不包括加强筋和加强件；将所述初始几何模型离散化得到初始有限元模型。3.根据权利要求1或2所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，在所述步骤二之后还包括：根据所述性能要求和所述载荷工况，对所述初始有限元模型进行初始性能验证；所述步骤五包括：结合所述初始性能验证结果、结合所述步骤三的形貌优化结果和所述步骤四的拓扑优化结果，确定加强筋和加强件的形状、位置，并优化所述顶盖结构。4.根据权利要求3所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述初始性能验证结果、所述形貌优化结果和所述拓扑优化结果均分别包括：模态振型、模态应变能和扭转刚度应变能。5.根据权利要求1所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述性能包括一阶模态频率、二阶模态频率、扭转刚度和重量，所述载荷工况包括所述顶盖的扭转刚度载荷工况和模态频率载荷工况。6.根据权利要求5所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述模态频率载荷工况包括：在所述顶盖的一周最外侧的所有节点上施加六自由度全约束。7.根据权利要求5所述的一种汽车顶盖设计方法，其特征在于，所述扭转刚度载荷工况包括：在所述顶盖的前端取左右对称的一左前区域和一右前区域，并将所述左前区域和所述右前区域内的所有节点施加全约束；在所述顶盖的左后安装孔和右后安装孔分别加...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌胜，彭亮亮，石朝亮，乔彦，宫帅，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：