本發(fā)明涉及車身輕量化設計技術領域，特別是涉及一種車身結構拓撲設計方法。
背景技術：
伴隨著汽車工業(yè)自主開發(fā)能力的增強，汽車市場競爭的日趨激烈，使得汽車企業(yè)必須設計自主品牌、靠低成本、高質量來占領市場。為了達到此目的，最主要的工作就是降低產品的開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期、提高產品的性能質量。這使得cae分析在產品開發(fā)過程中變得越來越重要。
概念設計是確定汽車性能、外形與內飾等主要方面的初步設計。從時間上，縮短整個汽車設計周期最關鍵的是要做好汽車概念設計階段的工作，從而減少重復設計的工作量。該階段是車身結構設計中保證性能的重要階段，這個階段留下的缺陷往往很難在后續(xù)的設計中彌補，因而在車身的開發(fā)過程中受到廣泛重視。而結構拓撲優(yōu)化可以大大改善結構的性能或在保持原剛度不變的情況下減輕結構的重量，從節(jié)能環(huán)保角度帶來直接的經濟效益。
基于此，本發(fā)明提供一種車身結構拓撲設計方法。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種車身結構拓撲設計方法，以滿足人們對車身結構輕量化的設計需求。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種車身結構拓撲設計方法，包括如下步驟：
第一步：建立車身結構拓撲優(yōu)化模型，利用hypermesh軟件中把各個有限元模型部件組合成整車cae模型，在不影響整體布局的前提下，刪除駕駛室內部零件，然后把該整車cae模型導出為iges格式；
第二步：車身結構拓撲優(yōu)化，基于車身彎曲和扭轉兩個工況，在保證車身剛度的前提下使車身的體積最小化，根據優(yōu)化的迭代結果對車身的概念結構設計提供指導，具體包括：
第1步，模擬扭轉工況和車身彎曲工況下的車身受力情況；
第2步，對兩個工況下的車身模型利用hypermesh軟件進行靜力分析；
第3步，對兩個工況進行優(yōu)化參數定義；
設計目標：車身的體積最小化；
約束：扭轉工況下的位移；
設計變量：車身設計空間的單元密度分布；
第4步，在優(yōu)化參數定義完之后，提交optistruct模塊進行拓撲優(yōu)化計算。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為，利用
本技術：
拓撲優(yōu)化技術得到最優(yōu)拓撲解后，根據該結果，設計出cad模型，并在此基礎上運用形貌和尺寸的優(yōu)化技術，設計更詳細準確的模型。
附圖說明
圖1所示為本申請的方法流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
應當說明的是，本申請中所述的“連接”和用于表達“連接”的詞語，如“相連接”、“相連”等，其既可以指代某一部件與另一部件直接連接，也可以指代某一部件通過其他部件與另一部件相連接。
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
如圖1所示，為重卡駕駛室拓撲優(yōu)化的實施例。
(1)建立重卡車身拓撲優(yōu)化模型
在hypermesh中把各個有限元模型部件組合成整車cae模型，在不影響整體布局的前提下，刪除駕駛室內部零件，然后把該整車cae模型導出為iges格式。采用catia軟件打開該iges文件，在此基礎上建立cad模型。該cad模型只考慮車身的整體尺寸大小以及一些主要的形狀特征，留出車窗、車門的設計空間。車身的材料屬性定義為第三章有限元分析時所用的鋼材料屬性。鋼板厚度設置為3mm。
(2)重卡車身拓撲優(yōu)化
基于車身彎曲和扭轉兩個工況，在保證車身剛度的前提下使車身的體積最小化，根據優(yōu)化的迭代結果對車身的概念結構設計提供指導。
第二步：車身結構拓撲優(yōu)化，基于車身彎曲和扭轉兩個工況，在保證車身剛度的前提下使車身的體積最小化，根據優(yōu)化的迭代結果對車身的概念結構設計提供指導，具體包括：
第1步，模擬扭轉工況和車身彎曲工況下的車身受力情況；
第2步，對兩個工況下的車身模型利用hypermesh軟件進行靜力分析；
第3步，對兩個工況進行優(yōu)化參數定義；
設計目標：車身的體積最小化；
約束：扭轉工況下的位移；
設計變量：車身設計空間的單元密度分布；
第4步，在優(yōu)化參數定義完之后，提交optistruct模塊進行拓撲優(yōu)化計算。
其中，重卡車身有限元模型的建立包括如下步驟：
第1步：有限元網格模型建立，通過自適應有限元分析進行網格劃分；
自適應網格劃分是有限元分析中網格劃分的主要思想方法之一。自適應是一種自動近似的技術，程序可以自行減少由于網格劃分不當引起的誤差，而不需要人為地指定單元的大小。自適應有限元分析的最基本思想就是通過事后誤差估計，對計算結果誤差較大的區(qū)域進行局部網格優(yōu)化。自適應有限元分析的網格劃分，要求不僅在生成初始網格時能完全自動有效，而且應具有極強的、面向整個分析域的網格控制能力和局部網格修正能力。并且進行自適應有限元分析有一個非常重要的前提條件，就是能在任意的幾何分析域內產生任意密度分布的網格。
第2步：有限元模型幾何清理，包括面的清理、細小特征處理、網格特征線的劃分；
在建立幾何模型的過程中，有可能發(fā)生幾何特征缺失或者產生一些不必要的小碎面，這些幾何錯誤都需要進行清理，否則會影響有限元模型的質量、計算的精度和速度，具體的方法是進行縫合、修補或合并。
第3步：單元類型的選擇及材料屬性，
在建立車身零件有限元模型時，考慮到這些薄板沖壓件既能抵抗平行于其平面方向的拉壓力，又能抵抗彎曲和扭轉的載荷，應選用符合這兩種特性的單元類型，而板殼單元具有一定的厚度，能夠充分描述這些特征，所以采用板殼單元來建模；
第4步，網格劃分及質量評估，使用hypermesh軟件的automesh面板來進行網格劃分；在automesh面板中劃分網格后，還要對網格進行檢查，如果有大量的網格不合格，可以再次用automesh面板對已存在的網格單位再次進行劃分；而對于少量不合格的網格要進行手工修改其單元的性狀；
質量評估，通常包括以下幾項指標：單元最小尺寸、最大長度，單元邊長比，翹曲角，三角形單元最小內角、最大內角，四邊形單元最小內角、最大內角；
第5步，焊點處理，零件之間主要通過點焊連接在一起，在不同部位點焊的間距和焊接方式也不同。焊點的建模是否正確，對整個模型的準確性和計算結果的誤差有極大的影響，因此，焊點的建模對車身建模有著非常重要的意義。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出的是，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。