由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构及其设计方法，桥壳的矩形圆角截面为四个平面之间通过任意曲角过渡曲面连接而成；任意曲角过渡结构为由任意曲角轮廓构成的具有一定厚度的内外轮廓角。所述任意曲角轮廓由一组优化方程控制实现，所述优化方程包括12个将曲角形状和尺寸优化耦合的参数，用于控制实现截面轴向和周向厚度变化以及截面曲角形状变化。相对于现有技术，本发明专利技术可以实现性能不降质量下降的汽车车桥轻量化结构设计目的。计目的。计目的。

【技术实现步骤摘要】
由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构及其设计方法


[0001]本专利技术属于汽车车桥轻量化领域，尤其涉及一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构及其设计方法。

技术介绍

[0002]从动桥桥壳主要起支撑汽车部分簧上质量的作用，承受车架或承载式车身与车轮之间传递传递铅锤力、纵向力、横向力和制动力矩。
[0003]目前市场上存在的桥壳类型为圆形和圆角矩形，其中，圆角矩形占据最多，将矩形截面导出圆角，有利于减少截面应力集中，提高截面的力学性能，但圆角的控制参数只有一个半径，设计成圆角虽然简单，但进行优化时灵活性低。
[0004]目前对于桥壳结构的设计，主要是针对其几何尺寸进行，对于其截面圆角的研究少之又少，且大多数研究和设计针对的是圆角半径，并没有涉及曲角的形状，就拿从动桥的桥壳来说，目前大型货车采用的桥壳大多都为圆角矩形桥壳，主要原因是圆角矩形截面设计参数少，设计简单，但随着优化技术的进步，多变量优化比单变量更能获得效果更佳的设计方案。
[0005]除了桥壳截面圆角形状，对于桥壳截面尺寸，因为目前采用的是等截面桥壳，对于截面尺寸的优化设计主要停留在少数几个截面上，既优化设计面少；而对于同一截面的尺寸优化，因为局限于有限元软件在优化设计上的使用条件，目前大部分优化参数主要桥壳的厚度，具体表现为固定桥壳内截面的尺寸参数，优化外截面的尺寸参数，或固定桥壳外截面，优化内截面的尺寸参数，无法对内外截面的尺寸参数同时进行优化，既优化参数少，为局部优化，得出的解也为局部最优解，并非全局最优解。因此，需要采用更好的最优设计方法，结合先进设计理论和工艺条件，实现轻量化桥壳尺寸参数的最优化设计。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是，提出一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构及设计方法，实现性能不降质量下降的汽车车桥轻量化结构设计目的。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
[0008]一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构，其特征在于：桥壳相邻的矩形平面连接处为由任意曲角轮廓构成的具有一定厚度的内外轮廓角，内外轮廓角均由各自相邻的矩形平面之间通过任意曲角过渡曲面连接而成。
[0009]上述技术方案中，所述任意曲角轮廓由一组优化方程控制实现，所述优化方程包括12个将曲角形状和尺寸优化耦合的参数，形状参数占4个，尺寸参数占8个，用于控制实现截面轴向和周向厚度变化以及截面曲角形状变化。
[0010]上述技术方案中，所述任意曲角轮廓包含矩角与菱角间所有的过渡型截面中的一种。
[0011]上述技术方案中，所述任意曲角轮廓为由菱形角变到椭圆角或圆角再到直角过程
中的过渡型截面中的一种。
[0012]上述技术方案中，沿着矩形截面一周的厚度变化与内外轮廓角处始终保持一致。
[0013]一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构设计方法，其特征在于包括如下步骤：
[0014]S1：取一半桥壳作为设计对象；
[0015]S2：取桥壳的矩形圆角截面进行优化设计，定义任意曲角截面的控制方程，调节截面尺寸参数和曲角形状参数，控制曲角的形状变化和截面尺寸大小，生成出任意曲角形状的截面轮廓；
[0016]S3：对原桥壳进行受力分析，算出每个截面的集中力和力矩，并计算最大等效应力；
[0017]S4：以原截面的尺寸条件和最大截面应力值作为约束条件，采用不同任意曲角优化方案对截面进行优化设计；
[0018]S5：采用优化算法对优化方案进行优化，每个截面设计出3种不同曲角类型的截面形状；
[0019]S6：对设计出任意曲角截面进行应力分析，对比优化前后的截面应力云图，选取任意曲角截面的面积更小、单位面积所受应力更多的矩形圆角截面作为最终矩形圆角截面。
[0020]上述技术方案中，步骤S2中任意曲角截面的控制方程为：
[0021]内轮廓曲线方程
[0022]外轮廓曲线方程
[0023]其中，外轮廓宽2A，高2B，内轮廓宽2a，高2b，外曲角宽A1，高B1，内曲角宽a1高b1，这8个参数控制截面尺寸的大小；N
1,
N2,n1,n2为曲角形状调和参数，这4个参数控制曲角的形状。
[0024]上述技术方案中，步骤S2中曲角形状调和参数范围为0.5～2，取值步长为0.1。
[0025]上述技术方案中，步骤S4以截面面积最小为目标min S，变量约束条件为：
[0026][0027]力学性能约束s.t.
[0028]式中：为任意曲角截面在极限力系作用下的最大等效应力，为原圆角矩形截面在极限力系作用下的最大等效应力；外轮廓宽2A，高2B，内轮廓宽2a，高2b，外曲角宽A1，高B1，内曲角宽a1高b1；N1,N2,n1,n2为曲角形状调和参数；
[0029]a1＝a
‑
(A
‑
A1),b1＝b
‑
(B
‑
B1),N1＝n1＝P1,N2＝n2＝P2.；a＝A
‑
h,b＝B
‑
h,a1＝A1‑
h,b1＝B1—h。
[0030]上述技术方案中，步骤S4不同任意曲角优化方案包括：
[0031]不改变原截面厚度，只改变曲角形状的曲角定厚优化方案：优化变量：外曲角宽A1，高B1，曲角形状调和中间参数P1,P2.；其余变量设定：a1＝a
‑
(A
‑
A1),b1＝b
‑
(B
‑
B1),N1＝n1＝P1,N2＝n2＝P2.；不变量：A,B,a,b.；
[0032]要求截面按等厚度优化，且改变曲角形状的曲角等厚优化方案：优化变量：外曲角宽A1，高B1，厚度h,曲角形状调和中间参数P1,P2.；其余变量设定：a＝A
‑
h,b＝B
‑
h,a1＝A1‑
h,b1＝B1‑
h,N1＝n1＝P1,N2＝n2＝P2.；不变量：A,B.；
[0033]要求截面按变厚度优化，且改变曲角形状的曲角变厚优化方案：优化变量：外曲角宽A1，高B1，内曲角宽a1，高b1，曲角形状调和参数N1,n1,N2,n2.；不变量：A,B,a,b。
[0034]本专利技术通过对传统桥壳的圆角改成曲角，以使桥壳总体强度得到强化。
[0035]上述技术方案中，同一个桥壳的同一处矩形平面连接处内外轮廓角形状一致。内外形状可以一样，也可以不一样，由方程中的形状参数控制，形状参数相等则一样，不相等则不一样。
[0036]传统的圆角矩形桥壳结构型改成任意曲角矩形桥壳结构，横截面曲角具有形状和尺寸双重可变性，能实现曲角形状和尺寸的协同优化；桥壳横截面形状为任意曲角矩形截面，能通过优化得出凌角、圆角、椭圆角和无数多种过渡型截面导角类型，其中不乏有多种性能优越的新型导角；桥壳横截面导角的尺寸和形状由统一的多组方程进行控制，每组方程共12个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构，其特征在于：桥壳四个矩形平面连接处的矩形圆角结构为由任意曲角轮廓构成的具有一定厚度的内外轮廓角，内外轮廓角均由各自的相邻矩形平面之间通过任意曲角过渡曲面连接而成；所述任意曲角轮廓由一组优化方程控制实现，所述优化方程包括12个将曲角形状和尺寸优化耦合的参数，形状参数占4个，尺寸参数占8个，用于控制实现截面轴向和周向厚度变化以及截面曲角形状变化。2.根据权利要求1所述的由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构，其特征在于：所述任意曲角轮廓包含矩角与菱角间所有的过渡型截面中的一种。3.根据权利要求1所述的由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构，其特征在于：所述任意曲角轮廓为由菱形角变到椭圆角或圆角再到直角过程中的过渡型截面中的一种。4.根据权利要求1所述的由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构，其特征在于：同一个桥壳的同一处矩形平面连接处内外轮廓角形状一致或相互差异。5.一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构设计方法，其特征在于包括如下步骤：S1：取长度方向一半桥壳作为设计对象，左右对称设计整个桥壳结构；S2：取该一半桥壳的矩形圆角截面进行优化设计，定义任意曲角截面的控制方程，调节截面尺寸参数和曲角形状参数，控制曲角的形状变化和截面尺寸，生成出任意曲角形状的截面轮廓；S3：对原桥壳进行受力分析，算出每个截面的力矩，并计算最大等效应力；S4：以原截面的尺寸条件和最大截面应力值作为约束条件，采用不同任意曲角优化方案对截面进行优化设计；S5：采用优化算法对优化方案进行优化，每个截面设计出3种不同曲角类型的截面形状；S6：对设计出任意曲角截面进行应力分析，对比优化前后的截面应力云图，选取任意曲角截面的面积更小、单位面积所受应力更多的截面形状作为最终矩形圆角截面。6.根据权利要求5所述的由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构设计方法，其特征在于步骤S2中任意曲角截面的控制方程为：内轮廓曲线方程外轮廓曲线方程
其中，外轮廓宽2A，高2B，内轮廓宽2a，高2b，外曲角宽A1，高B1，内曲角宽a1高b1，这8个参数控制截面尺寸的大小；N1,N2,n1,n2为曲角形状调和参数，这4个参数控制曲角的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峰祥，王得伟，杜阔，邓香林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：