[發明專利]一種復雜截面形狀的鋁合金型材車載水箱護欄優化設計方法

有效

• 申請號: 202010401352.3
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111597654B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 孫凌玉;褚艷濤;李立軍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
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本發明公開了一種復雜截面形狀的鋁合金型材車載水箱護欄的優化設計方法。該方法利用PYTHON語言在ABAQUS中建立復雜截面形狀的鋁合金材質水箱護欄的預處理參數化模型。接著，結合實際邊界條件和載荷，利用有限法求解出水箱護欄的最大變形量及質量。根據安裝空間，參數化模型可以自動求解出不同結構尺寸下裝配體最大變形量和質量。最后，根據上述仿真獲取的數據，利用徑向基插值函數和粒子群算法對其進行優化設計分析。本發明方便設計人員對復雜截面的鋁合金水箱護欄進行優化設計，避免了每修改一次參數重新進行三維建模、邊界和載荷條件施加、仿真提交以及結果提取等大量重復性工作，提高了設計效率。

技術領域

本發明涉及汽車結構設計技術領域的一種優化設計方法，尤其是一種針對鋁合金型材車載水箱護欄的輕量化設計的方法。

背景技術

水箱護欄主要有護欄支架、橫梁和連接板組成，部件之間通過螺栓連接。其主要作用是在遇到外部撞擊時保護水箱不受到損壞，同時在與非機動車或行人發生剮蹭時，防止人員和非機動車輛卷入車底，發生二次碾壓。在對其進行輕量化設計時，保證其功能完整性非常重要。目前，對于水箱防護欄的輕量化設計的研究較少，其形狀和材料厚度往往依賴于設計人員的經驗和主觀判斷。因此，提出一種復雜截面形狀的鋁合金型材車載水箱護欄優化設計方法對輕量化設計很有必要。

發明內容

本發明是要提供一種復雜截面形狀的鋁合金型材車載水箱護欄優化設計方法，該方法由三個設計階段組成，分別為復雜截面形狀的鋁合金材料水箱護欄的參數化建模及有限元仿真的運算，基于徑向基插值函數模型的建立，基于粒子群算法的優化設計。

為實現以上目標，本發明采用如下的技術方案來實現：

S1：以拉擠成型復雜截面形狀的鋁合金材質車載水箱護欄為研究對象，分別對各組成部件幾何尺寸開展參數化建模以及裝配體各部件裝配位置的關系進行參數化控制；

S2：根據GB?11567.1-2001“汽車和掛車水箱防護要求”，在ABAQUS中，首先，利用腳本語言PYTHON將材料屬性參數化，然后，定義圓形壓板和橫梁的接觸屬性，接著，對各組成部件劃分有限元網格，最后，設置邊界和載荷；

S3：ABAQUS自動提交、運行有限元分析，通過仿真分析可獲取所需得響應值；

S4：基于仿真數據，利用徑向基插值函數建立自變量參數和響應值的關系；

S5：利用智能算法對所建模型進行優化分析；

S6:對S4獲得的優化設計參數進行校核分析，當利用優化設計參數構建的裝配體滿足變形撓度約束條件和強度設計要求時，輸出S5的最優設計參數組合。

優選地，所述S1具體為：

S11：根據拉擠成型復雜截面形狀的鋁合金材質車載水箱護欄的結構特征，將其分解為以下四個部分，支架1、連接板2，橫梁3，支架4；

S12：該過程主要利用PYTHON語言在ABAQUS中建立復雜截面形狀的鋁合金型材車載水箱護欄的參數化模型；

優選地，所述S2具體為：

S21：利用腳本語言PYTHON將材料屬性參數化，供后續調用，避免重復定義，提高效率；

S22：定義圓形壓板和橫梁的接觸面，其中壓板定義為剛體，橫梁定義為可變形體，類型為“無摩擦”；

S23：自動生成網格：利用PYTHON語言自動切分各組成部件，并生成有限元網格，設置載荷和約束；

S24：設置載荷和約束：支架1設置固定約束，通過剛體參考點將1kN的載荷施加于圓形壓板5。

所述S3的所需響應主要包括：整個模型的質量和最大變形量；

優選地，所述S4具體為：