一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于汽车技术领域，具体的说是一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法和装置。包括：一、确定储气筒强度耐久性能仿真边界条件；二、基于截面拓扑优化的方法对储气筒筒体进行结构设计；三、基于形貌优化对储气筒端盖进行结构设计；四、结合工艺条件和材料密度分布特征绘制储气筒三维几何模型；五、将储气筒几何模型导入有限元分析软件，建立网格模型进行强度耐久性能仿真验证；若强度耐久性能满足评价指标，计算结束；若强度耐久性能不满足评价指标，进行局部优化直到储气筒结构满足强度耐久性能要求为止。本发明专利技术快速高效、缩短了产品开发周期，并且提出了相应评价指标，填补了乘用车空气悬架用储气筒强度耐久仿真分析领域的空白。分析领域的空白。分析领域的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法和装置


[0001]本专利技术属于汽车
，具体的说是一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法和装置。

技术介绍

[0002]现行的乘用车空气悬架用铝合金储气筒通常结构简单，由筒体和两个端盖焊接而成，筒体为简单圆柱结构，为避免传统卷焊工艺带来的焊缝质量问题，目前多采用铝合金挤压成型工艺，端盖采用冲压成型工艺。储气筒是在一个不断充气和放气的条件下长期工作，承受着内部高、低压的交变作用，因此，在结构设计时，应保证储气筒拥有良好的强度耐久性能。结构设计时以下问题不可避免：1、受储气筒周边布置空间限制和内部容积要求，在某些车型中，储气筒筒体往往无法设计成理想的圆柱状结构，如图1所示(包括但不限于图1、图2、图3)。这种情况下，筒体内部压力在各方向的作用效果不平衡，应力易集中，甚至超出材料的强度极限，进而使该处结构产生较大的塑性变形，引发爆破等风险。2、由于筒体结构和外界布置空间的限制，端盖形状也无法设计成规则的类球形，再加上进、出气口凸台的存在，如何降低端盖应力往往也成为特殊形状储气筒结构设计的一个难点。
[0003]目前，关于储气筒仿真分析算法的研究仍然较少，涉及乘用车空气悬架用储气筒结构优化和强度耐久性能仿真方法的研究尤其少。对于特殊形状的储气筒结构开发全凭设计师经验，既需要较长的设计周期，又无法保证其强度耐久性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法和装置，快速高效、缩短了产品开发周期，并且提出了相应评价指标，填补了乘用车空气悬架用储气筒强度耐久仿真分析领域的空白。
[0005]本专利技术技术方案结合附图说明如下：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、确定储气筒强度耐久性能仿真的边界条件；
[0008]步骤二、基于截面拓扑优化的方法对储气筒筒体进行结构设计；
[0009]步骤三、基于形貌优化手段对储气筒端盖进行结构设计；
[0010]步骤四、结合工艺条件和材料密度分布特征绘制储气筒三维几何模型；
[0011]步骤五、将步骤四中的储气筒几何模型导入有限元分析软件，建立网格模型进行强度耐久性能仿真验证；若强度耐久性能满足评价指标，则计算结束；若强度耐久性能不满足评价指标，则进行局部优化或返回步骤二、步骤三，重新调整优化约束条件，直到储气筒结构满足强度耐久性能要求为止。
[0012]进一步的，所述步骤一的具体方法如下：
[0013]确定储气筒在正常工作时的最小工作压强Q
min
、最大工作压强Q
max
和发生爆破时的
最小压强Q为三种工况，并且定义为恶劣工况，将恶劣工况定义为储气筒强度耐久性能仿真的边界条件。
[0014]进一步的，所述步骤二的具体方法如下：
[0015]21)根据储气筒周边悬架等总成的布置关系确定储气筒最大设计空间，获得沿筒体周向的封闭轮廓线C0；
[0016]22)将储气筒筒体周向轮廓线C0导入有限元分析软件，以此封闭轮廓线为边界创建第一筒体截面1，采用二维四边形壳单元对第一筒体截面1进行有限元网格划分；
[0017]23)沿周向轮廓线C0、分别沿面第一筒体截面1单元法向及反方向，创建两排四边形单元，单元尺寸大小为2mm，新创建的网格单元形成第二筒体截面2，保证第二筒体截面2法向由内向外；第一筒体截面1与第二筒体截面2组成周向沿轮廓线C0具有T字型截面轮廓特征的二维网格单元；
[0018]24)将第一筒体截面1与第二筒体截面2的中网格单元的材料和属性分别放入不同的组中，相应参数与筒体保持一致，并赋予相应单元；
[0019]25)建立储气筒筒体拓扑优化边界条件，并对具有T字型截面轮廓特征的筒体截面进行优化计算；
[0020]26)建立截面拓扑优化模型。
[0021]进一步的，所述步骤25)的具体方法如下：
[0022]251)定义拓扑优化考核的工况；在第二筒体截面2对应组的网格单元上添加均布压强载荷，载荷方向与单元法向一致，大小与储气筒最小工作压强载荷Q
min
一致；
[0023]252)定义模型初始约束条件；使用惯性释放作为模型初始约束条件；
[0024]253)定义设计变量；将第一筒体截面1对应组的网格单元定义为截面拓扑优化的设计区域，区内每一个壳单元即为密度可变的最小单元，并约束设计区域的最小尺寸mindim值；定义第二筒体截面2对应组的单元为非设计区域；
[0025]254)定义响应；包括设计区体积分数响应Volumefrac，整体柔度响应complicance；
[0026]255)定义约束条件；以体积分数Volumefrac为约束条件对设计变量进行约束；
[0027]256)定义目标函数并提交拓扑优化计算模型，定义整体柔度最小为目标，计算后得到第一筒体截面1上的单元密度分布云图。
[0028]进一步的，所述步骤三的具体方法如下：
[0029]31)通过截面拓扑优化的方法对储气筒筒体建立形貌优化模型时，提取端盖模型中面，进行二维壳单元网格划分；
[0030]32)将端盖与筒体连接环面定义为非设计区，剩余曲面部分单元定义为设计区；
[0031]33)定义设计区起筋宽度、角度和高度，或者按端盖结构特征添加加强筋的分布特征；其余优化参数按照模型特点进行选择、定义即可，最后提交形貌优化分析；
[0032]34)根据形貌优化分析结果建立形貌优化模型。
[0033]进一步的，所述步骤四的具体方法如下：
[0034]将步骤二和步骤三得到的优化计算结果以STP格式导出，结合工艺条件、材料密度分布特征和内部容积要求，绘制储气筒三维几何模型。
[0035]进一步的，所述步骤五的具体方法如下：
[0036]51)基于步骤四得到的储气筒三维几何模型建立有限元网格模型；采用二阶四面体C3DM10实体单元进行划分；
[0037]52)建立储气筒各部件之间的连接关系；支架与筒体、端盖与筒体之间均建立绑定接触关系；固定点与支架螺栓孔内环面节点通过运动耦合约束关系连接；
[0038]53)定义储气筒总成各部件材料；根据实际材料属性参数进行赋值即可，分别定义材料弹性模量、泊松比、密度值，并且拟合出材料的塑性本构方程；
[0039]54)计算不同工况对应的载荷大小并提交计算，从而判断空气悬架用储气筒结构强度耐久性能。
[0040]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真装置，其特征在于，包括：
[0041]确定模块，用于确定储气筒强度耐久性能仿真的边界条件；
[0042]第一设计模块，用于基于截面拓扑优化的方法对储气筒筒体进行结构设计；
[0043]第二设计模块，用于基于形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定储气筒强度耐久性能仿真的边界条件；步骤二、基于截面拓扑优化的方法对储气筒筒体进行结构设计；步骤三、基于形貌优化手段对储气筒端盖进行结构设计；步骤四、结合工艺条件和材料密度分布特征绘制储气筒三维几何模型；步骤五、将步骤五中的储气筒几何模型导入有限元分析软件，建立网格模型进行强度耐久性能仿真验证；若强度耐久性能满足评价指标，则计算结束；若强度耐久性能不满足评价指标，则进行局部优化或返回步骤二、步骤三，重新调整优化约束条件，直到储气筒结构满足强度耐久性能要求为止。2.根据权利要求1所述的一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：确定储气筒在正常工作时的最小工作压强Q
min
、最大工作压强Q
max
和发生爆破时的最小压强Q为三种工况，并且定义为恶劣工况，将恶劣工况定义为储气筒强度耐久性能仿真的边界条件。3.根据权利要求1所述的一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：21)根据储气筒周边悬架等总成的布置关系确定储气筒最大设计空间，获得沿筒体周向的封闭轮廓线C0；22)将储气筒筒体周向轮廓线C0导入有限元分析软件，以此封闭轮廓线为边界创建第一筒体截面1，采用二维四边形壳单元对第一筒体截面1进行有限元网格划分；23)沿周向轮廓线C0、分别沿面第一筒体截面1单元法向及反方向，创建两排四边形单元，单元尺寸大小为2mm，新创建的网格单元形成第二筒体截面2，保证第二筒体截面2法向由内向外；第一筒体截面1与第二筒体截面2组成周向沿轮廓线C0具有T字型截面轮廓特征的二维网格单元；24)将第一筒体截面1与第二筒体截面2的中网格单元的材料和属性分别放入不同的组中，相应参数与筒体保持一致，并赋予相应单元；25)建立储气筒筒体拓扑优化边界条件，并对具有T字型截面轮廓特征的筒体截面进行优化计算；26)建立截面拓扑优化模型。4.根据权利要求3所述的一种空气悬架用储气筒结构强度耐久性能仿真方法，其特征在于，所述步骤25)的具体方法如下：251)定义拓扑优化考核的工况；在第二筒体截面2对应组的网格单元上添加均布压强载荷，载荷方向与单元法向一致，大小与储气筒最小工作压强载荷Q
min
一致；252)定义模型初始约束条件；使用惯性释放作为模型初始约束条件；253)定义设计变量；将第一筒体截面1对应组的网格单元定义为截面拓扑优化的设计区域，区内每一个壳单元即为密度可变的最小单元，并约束设计区域的最小尺寸mindim值；定义第二筒体截面2对应组的单元为非设计区域；254)定义响应；包括设计区体积分数响应Volumefrac，整体柔度响应complicance；255)定义约束条件；以体积分数Volume...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓珊，李继川，姜大鑫，武小一，韩超，刘辉，李东阳，李刚，佟凯旋，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：