[發(fā)明專利]一種基于CAE的卡車前橋輕量化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010192988.1
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111506960B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳為歡;黃暉;余顯忠;邱星;熊偉
• 申請（專利權(quán)）人: 江鈴汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 南昌青遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 36123
• 代理人: 劉愛芳

1.一種基于CAE的卡車前橋輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

1.強(qiáng)度分析；對車架進(jìn)行輕量化，進(jìn)行模型簡化處理和工況定義；

強(qiáng)度計(jì)算方法如下所述：

基于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的CAD模型，搭建前橋系統(tǒng)CAE有限元模型，并進(jìn)行強(qiáng)度分析，卡車前橋CAE模型含轉(zhuǎn)向節(jié)、前橋；兩零件之間的接觸表面間用有限元軟件中的剛體單元進(jìn)行連接，輪胎接地點(diǎn)和轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)軸通過剛性單元?jiǎng)傂赃B接，強(qiáng)度求解時(shí)，載荷施加在輪胎接地點(diǎn)，載荷施加根據(jù)按如下3個(gè)工況進(jìn)行：

1.1垂直2.5g沖擊工況

約束： 車橋與鋼板彈簧連接處左側(cè)約束12356，右側(cè)約束1356；

載荷： 滿載前軸荷：P1=2405（kg）*9.8kg/m.s^2；

按滿載軸荷計(jì)算：單側(cè)車輪接地點(diǎn)加垂直載荷：F1=F2=2405/2*2.5*9.81N，該載荷在輪胎接地點(diǎn)，即垂直地面方向Z向加載；

1.2 緊急轉(zhuǎn)向工況

約束：車橋與鋼板彈簧連接處左側(cè)約束12356，右側(cè)約束1356；

載荷：寬體滿載前軸荷：P1=2405*9.81N；按滿載軸荷計(jì)算，右轉(zhuǎn)向工況：左側(cè)車輪接地點(diǎn)加垂直載荷，單側(cè)：Fz1=2405*9.81N；

y向，即車身橫向到附著載荷：Fy1=Fz1*0.4，左轉(zhuǎn)向工況，在右側(cè)車輪接地點(diǎn)施加相應(yīng)載荷；

1.3.緊急制動工況

約束：車橋與鋼板彈簧連接處左側(cè)約束12345，右側(cè)約束1345；

載荷：寬體滿載前軸荷：P1=2405*9.81N，

按滿載軸荷計(jì)算：車輪接地點(diǎn)加垂直載荷，單側(cè)：Fz=2405*1.7/2*9.81N，

附著載荷，其中x是車身方向：Fx=Fz*0.8；

2.基于morph的尺寸優(yōu)化；

基于有限元前處理軟件中的morph網(wǎng)格變形技術(shù)，對前橋創(chuàng)建morphing box，左右對稱，并將morphing box的高度進(jìn)行參數(shù)化，調(diào)整參數(shù)，獲得不同尺寸的前橋CAE模型，并對不同的CAE模型進(jìn)行強(qiáng)度分析，找出滿足強(qiáng)度性能要求且減重最多的方案；

3．基于拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

在步驟2的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)過程中定義三要素：設(shè)計(jì)變量定義，約束條件定義，優(yōu)化目標(biāo)定義；

3.1定義拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)變量；

將結(jié)構(gòu)沒有連接點(diǎn)的區(qū)域定義為結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化區(qū)域，在有限元軟件中定義為設(shè)計(jì)變量；

3.2 定義響應(yīng)；

響應(yīng)的定義用來定義優(yōu)化目標(biāo)和優(yōu)化約束；

定義兩個(gè)響應(yīng)：

定義加權(quán)應(yīng)變能響應(yīng)：加權(quán)應(yīng)變能定義是為了求解不同強(qiáng)度載荷工況下整個(gè)系統(tǒng)的總的應(yīng)變能，即總應(yīng)變能=載荷工況一零部件系統(tǒng)應(yīng)變能*權(quán)重+工況二的零部件系統(tǒng)應(yīng)變能*權(quán)重+工況三的零部件系統(tǒng)應(yīng)變能*權(quán)重，之前所述工況均是常見工況，因此，三個(gè)工況權(quán)重均設(shè)定為1；

定義體積分?jǐn)?shù)響應(yīng)，體積分?jǐn)?shù)響應(yīng)表示設(shè)計(jì)區(qū)域，3.1中所述設(shè)計(jì)變量，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)的總體積除以優(yōu)化前結(jié)構(gòu)的總體積，此處定義體積分?jǐn)?shù)響應(yīng)指的是3.1中所述的拓?fù)鋬?yōu)化區(qū)域優(yōu)化前后的體積分?jǐn)?shù)；

3.3定義優(yōu)化目標(biāo)；

設(shè)置為優(yōu)化目標(biāo)為3.2中定義的加權(quán)應(yīng)變能最小，應(yīng)變能小，表示優(yōu)化目標(biāo)為剛度最大化；

3.4定義優(yōu)化約束；

對4.2.2中定義的體積響應(yīng)分?jǐn)?shù)進(jìn)行求解約束，約束體積響應(yīng)分?jǐn)?shù)的最大值為0.3，最小值不定義；定義該約束目的是對確有拓?fù)鋬?yōu)化后，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的總體積除以初始體積的比值小于等于0.3，以便獲得清晰的拓?fù)鋬?yōu)化載荷傳遞路徑；

3.5拓?fù)鋬?yōu)化求解

將以上模型提交求解，并對結(jié)果進(jìn)行解析。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CAE的卡車前橋輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征是：還包括步驟4.結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的前橋強(qiáng)度校核分析；

綜合morph尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，搭建新的前橋CAD模型，然后進(jìn)行強(qiáng)度分析，確保優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。