專利名稱：一種白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及白車身的輕量化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
目前，汽車結(jié)構(gòu)輕量化是一個(gè)重要研究領(lǐng)域，其中，采用有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法是一個(gè)重要方向，但是，如何選取設(shè)計(jì)變量和確定約束條件，以使設(shè)計(jì)獲得的新的車身結(jié)構(gòu)與實(shí)際生產(chǎn)相符，一直是困擾技術(shù)人員的難題。而且，在減重后，白車身各種性能能否滿足設(shè)計(jì)要求，以及哪些零件仍然具有潛在的減重空間，也是設(shè)計(jì)人員需要考慮的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種通過選取合適的設(shè)計(jì)變量和確定約束條件來實(shí)現(xiàn)白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括的步驟有a)根據(jù)現(xiàn)有庫存材料，建立離散化的材料參數(shù)；b )選取白車身零件進(jìn)行減重；c)判斷減重后的零件是否符合性能要求，選取減重后符合性能要求的零件作為設(shè)計(jì)變量；d)對減重前的白車身進(jìn)行自由模態(tài)分析，求得其基本頻率、一階扭轉(zhuǎn)頻率和一階彎曲頻率；e)以基本頻率、一階扭轉(zhuǎn)頻率和一階彎曲頻率作為設(shè)計(jì)變量的約束條件，以質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)對各零件進(jìn)行優(yōu)化，得到新的白車身。優(yōu)選地，如上所述的白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，還包括步驟f)計(jì)算新的白車身的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和體積對設(shè)計(jì)變量的靈敏度，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇零件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。優(yōu)選地，如上所述的白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，還包括步驟g)對新的白車身的強(qiáng)度進(jìn)行校核，以判斷新的白車身整體強(qiáng)度是否仍然符合要求。優(yōu)選地，在步驟b)中，所選取的減重零件包括頂蓋外板、頂蓋前橫梁、頂蓋后橫梁、右側(cè)圍外板、右側(cè)圍后下內(nèi)板、右側(cè)圍后內(nèi)窗框、左側(cè)圍外板、左側(cè)圍后下內(nèi)板和左側(cè)圍后內(nèi)窗框中的一個(gè)或者多個(gè)。優(yōu)選地，在步驟b)之前，還存在步驟h)判斷白車身是否處于量產(chǎn)階段。優(yōu)選地，當(dāng)白車身處于量產(chǎn)階段時(shí)，在步驟b)中，減重時(shí)的減薄量在O. Imm以內(nèi)。步驟a)至步驟c)為設(shè)計(jì)變量選取過程，由于在步驟a)中對材料參數(shù)進(jìn)行了離散化，因此保證了在后續(xù)輕量化設(shè)計(jì)過程中，優(yōu)化后的零件厚度是已有庫存材料所具有的，而且通過步驟b)和C)，確保了設(shè)計(jì)變量不會影響白車身的設(shè)計(jì)性能要求，因此設(shè)計(jì)變量的選擇是合適的。而且，以模態(tài)分析結(jié)果作為約束條件，保證了優(yōu)化設(shè)計(jì)后的新的白車身的整體性能。進(jìn)一步地，對新的白車身進(jìn)行靈敏度分析，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步對白車身進(jìn)行減重提供了參考方向。
進(jìn)一步地，對新的白車身強(qiáng)度進(jìn)行校核，保證了新的白車身強(qiáng)度仍然符合要求。進(jìn)一步地，選取頂蓋外板、頂蓋前橫梁、頂蓋后橫梁、右側(cè)圍外板、右側(cè)圍后下內(nèi)板、右側(cè)圍后內(nèi)窗框、左側(cè)圍外板、左側(cè)圍后下內(nèi)板和左側(cè)圍后內(nèi)窗框作為減重零件，符合一般車型的零件組成特點(diǎn)，減少了工作量。進(jìn)一步地，由于存在步驟h)，因此設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)白車身是否處于量產(chǎn)階段而選擇減重量范圍，能夠避免重新開模具，降低生產(chǎn)成本。而在量產(chǎn)階段，選擇O. Imm作為減重時(shí)的減薄范圍，在避免重新開模具的同時(shí)保證了車身加工精度。


接下來將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，其中圖I為本發(fā)明的實(shí)施例的頂棚雪載分析模型圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例的側(cè)圍屈曲抗凹分析模型圖；圖3為本發(fā)明的實(shí)施例的某白車身自由模態(tài)分析模型圖；圖4為本發(fā)明的實(shí)施例的某白車身彎曲剛度分析模型圖；圖5為本發(fā)明的實(shí)施例的某白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析模型圖；圖6為本發(fā)明的實(shí)施例的彎曲剛度和體積靈敏度柱狀圖；圖7示出了左右側(cè)圍減薄后的屈曲抗凹分析結(jié)果。
具體實(shí)施例方式接下來以某型白車身為例，結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。步驟a)中，需要根據(jù)現(xiàn)有庫存材料，建立離散化的材料參數(shù)。假設(shè)現(xiàn)庫存材料(以板材為例)如下SPCC (厚度單位:mm) :0. 6，O. 7，O. 8，I. O, I. 2，I. 5，I. 6，I. 8，2. O, 2. 5。SPCD (厚度單位:mm) :0. 6，O. 7，O. 8，I. O, I. 2，I. 5，I. 6，I. 8，2. O。SPCEN (厚度單位:mm) :0. 6，O. 7，O. 8，I. O, I. 2，I. 5，I. 6，I. 8，2. O。并假設(shè)一個(gè)零件的材料是SPCC，原厚度是I. 6mm,如不對材料參數(shù)進(jìn)行離散化，則優(yōu)化以后的厚度可能是1.4mm，雖然這樣的優(yōu)化結(jié)果理論上是正確的，但與實(shí)際生產(chǎn)不符，因?yàn)楝F(xiàn)有庫存沒有I. 4_厚的板材，這就造成了無效的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，材料參數(shù)的取值范圍定義為離散值集合10. 6，O. 7，O. 8，I. O, I. 2，I. 5，I. 6，I. 8，2. O, 2. 5}，而不能定義為連續(xù)區(qū)間[O. 6，2. 5。在進(jìn)行白車身零件減重前，為了降低成本，優(yōu)選存在步驟h):判斷白車身是否處于量產(chǎn)階段。如果是新開發(fā)階段，模具還未制造，則對零件減重(在本實(shí)施例中，意味著板材的減薄)幅度能夠大些；如果是量產(chǎn)階段，模具已經(jīng)制造，則減重幅度需要小些，避免重開模具。一般，對于量產(chǎn)階段的零件，如果減薄量在O. Imm范圍以內(nèi)，則不用重新開模具，能夠降低成本。假設(shè)該型白車身已經(jīng)處于量產(chǎn)階段。在步驟b)中，選取該車型的頂蓋外板、兩個(gè)頂蓋前橫梁、兩個(gè)頂蓋后橫梁、右側(cè)圍外板、右側(cè)圍后下內(nèi)板、右側(cè)圍后內(nèi)窗框、左側(cè)圍外板、左側(cè)圍后下內(nèi)板、左側(cè)圍后內(nèi)窗框作為減重零件，而由于發(fā)動機(jī)艙縱梁、B柱及其加強(qiáng)板等作為安全性零件，中地板上橫梁、后地板上橫梁、地板左右縱梁、擺臂上支架等作為重要功能性零件，不列入減重選取范圍。當(dāng)然，針對不同的車型，能夠選取不同的零件進(jìn)行減重。由于該型白車身處于量產(chǎn)階段，因此選擇各零件減薄O. 1mm，在避免了重開模具的同時(shí)，能夠保證加工精度。圖I和圖2分別示出了頂棚雪載分析模型和側(cè)圍屈曲抗凹分析模型。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，采用abqus、ANSYS等軟件均能夠構(gòu)造該模型，并進(jìn)行非線性分析，軟件的具體應(yīng)用方法本說明書中不再詳細(xì)描述。c)判斷減重后的零件是否符合性能要求，選取減重后符合性能要求的零件作為設(shè)計(jì)變量。對于構(gòu)成頂棚的各零件，主要性能要求在于其雪載能力，而對于側(cè)圍零件，主要性 能要求在于其屈曲抗凹能力。假設(shè)所選取的各零件原始厚度為O. 8_，減薄O. 1_，減重后的頂棚雪載分析結(jié)果如表I所示，側(cè)圍屈曲抗凹分析結(jié)果如圖7所示。表I減重后雪載分析結(jié)果
60cm雪厚時(shí)有無塑性應(yīng)變無 _ 60cm雪厚時(shí)變形(mm)3. 56~
90cm雪厚時(shí)有無屈曲變形__無
90cm雪厚時(shí)變形(nun)5. 66根據(jù)表1，判斷減薄后的頂棚雪載仍滿足要求，根據(jù)圖7，判斷減薄后的側(cè)圍件仍滿足屈曲抗凹性能要求，因此，判斷在步驟b)中所選取的零件均能夠作為設(shè)計(jì)變量。當(dāng)然，當(dāng)出現(xiàn)減薄后存在不滿足性能要求的零件時(shí)，需要將此零件從設(shè)計(jì)變量中排除。在本實(shí)施例中，最終選取的部分設(shè)計(jì)變量如表3所示表3最終確定的設(shè)計(jì)變量
量名零件名稱設(shè)計(jì)變量取值(1^~
tt__頂蓋外板__0.7,0.8_
~ta頂蓋前橫梁外板O. 7，O. 8
t, 頂蓋前橫梁內(nèi)板O. 7，O. 8~
t4 頂蓋后橫梁外板O. 7，O. 8
t5_頂蓋后橫梁內(nèi)板O. 7，O. 8
t6 右側(cè)圍外板O. 7，0.8從表3中可見，設(shè)計(jì)變量取值為離散的材料參數(shù)，且由于該車型處于量產(chǎn)階段，因此減薄量在O. Imm以內(nèi)。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠想象，如果該車型并非處于量產(chǎn)階段，則設(shè)計(jì)變量取值范圍能夠更廣。d)對減重前的白車身進(jìn)行自由模態(tài)分析(分析模型如圖3所示)，結(jié)果為f7=29. 87Hz (基本頻率)，f9=33. 04Hz (一階彎曲頻率)，f 11=45. 2Hz (一階扭轉(zhuǎn)頻率)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解，該模態(tài)分析同樣能夠通過多種分析軟件完成。
e)根據(jù)模態(tài)分析，確定約束條件為C1=^eiH 87 ^ OC2=fre9-33. 04 ^ OC3=frell-45. 2^0以質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)對各零件進(jìn)行優(yōu)化，得到新的白車身。優(yōu)化后的結(jié)果分別如表4和表5所不。表4部分變量優(yōu)化前后的值
權(quán)利要求
1.一種白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括的步驟有 a)根據(jù)現(xiàn)有庫存材料，建立離散化的材料參數(shù)； b)選取白車身零件進(jìn)行減重； c)判斷減重后的零件是否符合性能要求，選取減重后符合性能要求的零件作為設(shè)計(jì)變量; d)對減重前的白車身進(jìn)行自由模態(tài)分析，求得其基本頻率、一階扭轉(zhuǎn)頻率和一階彎曲頻率； e)以基本頻率、一階扭轉(zhuǎn)頻率和一階彎曲頻率作為設(shè)計(jì)變量的約束條件，以質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)對各零件進(jìn)行優(yōu)化，得到新的白車身。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，還包括步驟 f)計(jì)算新的白車身的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和體積對設(shè)計(jì)變量的靈敏度，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇零件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2中的任一項(xiàng)所述的白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，還包括步驟 g)對新的白車身的強(qiáng)度進(jìn)行校核，以判斷新的白車身整體強(qiáng)度是否仍然符合要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟b)中，所選取的減重零件包括頂蓋外板、頂蓋前橫梁、頂蓋后橫梁、右側(cè)圍外板、右側(cè)圍后下內(nèi)板、右側(cè)圍后內(nèi)窗框、左側(cè)圍外板、左側(cè)圍后下內(nèi)板和左側(cè)圍后內(nèi)窗框中的一個(gè)或者多個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟b)之前，還存在步驟 h)判斷白車身是否處于量產(chǎn)階段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，當(dāng)白車身處于量產(chǎn)階段時(shí)，在步驟b)中,減重時(shí)的減薄量在O. Imm以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種白車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括的步驟有a)根據(jù)現(xiàn)有庫存材料，建立離散化的材料參數(shù)；b)選取白車身零件進(jìn)行減重；c)判斷減重后的零件是否符合性能要求，選取減重后符合性能要求的零件作為設(shè)計(jì)變量；d)對減重前的白車身進(jìn)行自由模態(tài)分析，求得其基本頻率、一階扭轉(zhuǎn)頻率和一階彎曲頻率；e)以基本頻率、一階扭轉(zhuǎn)頻率和一階彎曲頻率作為設(shè)計(jì)變量的約束條件，以質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)對各零件進(jìn)行優(yōu)化，得到新的白車身。本發(fā)明選取了合適的設(shè)計(jì)變量，保證了白車身設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)相符。
文檔編號G06F17/50GK102938004SQ20121041045
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者梁林 申請人:安徽江淮汽車股份有限公司