本发明专利技术公开了一种车身截面快速设计方法，属于车身概念结构设计领域。通过建立桁架式车身结构几何简化模型；结合传递矩阵法分析车身结构，从整体到局部逐级分解车身骨架结构，经过方程计算，得到车身弯曲刚度表达式，推导出车身全参数化数学模型；随机梯度遗传算法结合运用遗传算法和随机逼近算法，对每一步遗传操作产生的中间种群，通过运用随机逼近算法进行局部搜索，得到单目标最优解；再通过实验验证基于截面参数车身梁截面的数学模型优化，得到分析结果。本发明专利技术既保证了整车刚度性能达到最优且车身质量最轻，同时建模时间大大缩减，运用解析法求解，大幅提高了计算效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车身概念结构设计，尤其是涉及一种车身截面快速设计方法。
技术介绍
1、车身的基本结构及主要性能都取决于概念设计的结果,研究易于修改和计算的车身概念设计模型和设计方法就至关重要。在传统中，车身概念设计过程往往是和同类车型的车身截面进行对比优化，该优化方法仅通过对比进行，并没有明确的优化方向以及优化依据，车身截面设计优化效率低下，耗时长。
2、而在引进了车身概念设计分析工具cae后，通过对车身、截面结构进行cae网格分析验证，对于不合理的结构需要对其进行改进，从而进行重新验证分析，周而复始直到整个分析过程符合标准。其需要很长的研发周期，并且花费大量时间创建的cae模型不具备重复利用性，设计的改动涉及到大量参数的变化时会使得计算量极具的增加。
3、德国sfe公司通过开发了sfe concept车身概念分析工具，将整个车身力学性能的60％在概念阶段设计完成。这些概念模型的建模都是基于有限元的原理，然而有限元法的数据输入量大，设计周期长，方案优化过程慢，计算成本高。因此，对于车身概念结构设计急需一种适用于快速修改、设计周期短、易于计算、轻量化效果好的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种车身截面快速设计方法，提高了车身刚度，减轻了车身的重量，实现了车身的轻量化设计，同时大大缩减了建模时间，大幅提高了计算效率。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种车身截面快速设计方法，包括以下步骤：
>4、s1、建立桁架式车身结构几何简化模型；5、s2、结合传递矩阵法分析车身结构，从整体到局部逐级分解车身骨架结构，经过方程计算，得到车身弯曲刚度表达式，推导出车身全参数化数学模型；
6、s3、随机梯度遗传算法结合运用遗传算法和随机逼近算法，对每一步遗传操作产生的中间种群，通过运用随机逼近算法进行局部搜索，得到单目标最优解；
7、s4、基于截面参数车身梁截面的数学模型优化来验证实验，将组成侧围的17个梁单元截面的几何尺寸作为参数变量，以质量最小化为目标函数，加载点位移进行约束。
8、优选的，步骤s1中，选取车身结构的主要承载梁，根据车身形状提取车身结构主要的特征点和特征数据，并在全局坐标系中记录每个特征点的坐标，通过曲梁用多段直梁近似逼近。
9、优选的，步骤s2中，对任意链式梁结构，根据传递矩阵法得到的传递方程为:
10、
11、其中，分别为第i段梁单元左节点状态向量；λi为单元i的坐标转换矩阵；hi为单元i的场矩阵；ri为节点i左右状态向量的点传递矩阵fxi、fyi、mi节点i处的外载荷；
12、根据边界条件得到链式梁结构的数学模型：
13、f({c}(1),{c}(2),…,{c}(n),{y}i)＝0
14、其中，{c}i为截面的力学属性集合，{c}i＝{a iy iz}i,为单元i截面编号。
15、优选的，分解车身骨架结构后，得到多个形式简单的链式梁结构，分别建立每个链式梁结构的数学模型，再向上逐层组合迭加，根据各链式结构的耦合关系及相应边界条件，设u为加载点加载方向的位移，得到数学方程，根据方程求得加载点在加载方向变形量δz与各截面几何尺寸{x}k的函数关系式：
16、δz＝f({x}1…{x}i…{x}15)
17、其中，{x}i为截面的几何属性集合，{x}i＝{h b t}i，i为单元i截面编号；
18、车身弯曲刚度表达式为：
19、kbend＝2×f/δz。
20、优选的，步骤s3中，基于随机梯度遗传算法优化的步骤为：
21、s31、确定种群规模n、杂交概率、变异概率和局部搜索的参数，随机产生初始种群；
22、s32、计算每个个体关于目标函数的适应值，局部搜索后，若当前种群中的一个解比其它解和q中所有解都占优，则把此解加入到q中，若新加入解比q中某一解占优，则把q中的这一非占优解删去；
23、s33、选择出n-m对父本，并对选择的每一对父本进行杂交、变异，产生出n-m个新个体；
24、s34、从集合q中随机选择出m个个体，把它们加人到遗传操作产生的新个体中，构成中间种群；
25、s35、用修正后的spsa算法对中间种群进行局部搜索，再用产生的新一代种群代替当前代种群；
26、s35、若满足停机准则，则终止演化，并输出产生的所有的pareto最优解及当前代种群，否则转步骤s2。
27、优选的，步骤s4中，具体数学表达式为：
28、
29、s.tδz4≤0.5mm
30、30mm≤hi≤80mm
31、30mm≤bi≤80mm
32、2mm≤ti≤3mm
33、其中，li为第i个梁结构长度，li为已知量；
34、优化梁截面几何尺寸参数，并计算优化后的结果，对简化后的标杆车弯曲刚度进行有限元分析，建立有限元模型，再通过计算得到车身在弯曲工况下的变形云图，代入弯曲刚度计算公式，得到车身弯曲刚度仿真分析结果。
35、因此，本专利技术采用上述一种车身截面快速设计方法，实现的有益效果为：
36、本专利技术通过对车身概念模型的设计，运用传递矩阵，建立易于修改和快速计算的无网格全参数化简化车身概念模型，构建车身截面参数、尺寸参数关于车身刚度性能参数的函数关系，并以车身质量最轻为目标最优解，运用随机梯度遗传算法对梁截面几何参数进行优化设计。提高了车身刚度，同时减轻了车身的重量，实现了车身的轻量化设计；同时与cae技术的车身概念设计方法相比，建模时间大大缩减，且运用解析法求解，计算效率大幅提高。
37、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种车身截面快速设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种车身截面快速设计方法，其特征在于：步骤S1中，选取车身结构的主要承载梁，根据车身形状提取车身结构主要的特征点和特征数据，并在全局坐标系中记录每个特征点的坐标，通过曲梁用多段直梁近似逼近。
3.根据权利要求2所述的一种车身截面快速设计方法，其特征在于：步骤S2中，对任意链式梁结构，根据传递矩阵法得到的传递方程为:
4.根据权利要求3所述的一种车身截面快速设计方法，其特征在于：步骤S2中，分解车身骨架结构后，得到多个形式简单的链式梁结构，分别建立每个链式梁结构的数学模型，再向上逐层组合迭加，根据各链式结构的耦合关系及相应边界条件，设u为加载点加载方向的位移，得到数学方程，根据方程求得加载点在加载方向变形量ΔZ与各截面几何尺寸{X}k的函数关系式：
5.根据权利要求4所述的一种车身截面快速设计方法，其特征在于：步骤S3中，基于随机梯度遗传算法优化的步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种车身截面快速设计方法，其特征在于：步骤S4中，具体数学表达式为：
...
【技术特征摘要】
1.一种车身截面快速设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种车身截面快速设计方法，其特征在于：步骤s1中，选取车身结构的主要承载梁，根据车身形状提取车身结构主要的特征点和特征数据，并在全局坐标系中记录每个特征点的坐标，通过曲梁用多段直梁近似逼近。
3.根据权利要求2所述的一种车身截面快速设计方法，其特征在于：步骤s2中，对任意链式梁结构，根据传递矩阵法得到的传递方程为:
4.根据权利要求3所述的一种车身截面快速设计方法，其特征在于：步...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚彩红，
申请(专利权)人：湖南源通智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。