[發明專利]一種汽車底盤零件的優化與設計方法

在審

• 申請號: 202011004560.6
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112131664A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 華林;胡志力;柳勇志
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F111/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

本發明公開了一種汽車底盤零件的優化與設計方法，包括如下步驟：步驟一、對底盤零件進行參數化建模，建立底盤零件的有限元模型；步驟二、對底盤零件模鍛過程的工藝步驟進行成形分析，校核底盤零件的性能；步驟三、以底盤在一個特定工況下的柔度最小化為優化目標進行拓撲優化；步驟四、依據拓撲優化結果，對去除材料部分形狀進行規整，分別確定結構參數、鍛造工藝參數的初值及其變化范圍，其中結構優化中以最大應力值為響應，工藝優化以等效應變值為響應，建立兩者優化模型；步驟五、進行多目標形狀優化；步驟六、選擇合適的優化算法進行迭代計算。本發明綜合考慮結構和工藝參數，能夠獲得以輕量化設計為主要目標的汽車底盤零件的優化與設計參數。

技術領域

本發明涉及汽車工業中計算機輔助優化設計領域，特別是涉及一種汽車底盤零件的優化與設計方法。

背景技術

近年來，對于汽車車身的輕量化研究較多，而對汽車底盤輕量化研究較少。汽車底盤的重量占整車重量的1/3左右，對其進行輕量化不僅可以節能減排，同時可增加整車的操縱性、穩定性。而對汽車底盤零件的輕量化是實現底盤輕量化的重要途徑。

但由于底盤零件如轉向節、控制臂等，結構比較復雜，若單獨進行結構優化而不將工藝參數考慮在內，可能會導致成型質量不佳。而目前的相關研究僅就結構及工藝參數某一方面單獨展開，尚未將兩者結合，因此無法有效地獲得科學的優化和設計結果。

發明內容

本發明的目的是提供一種綜合考慮結構和工藝參數的以輕量化設計為主要目標的汽車底盤零件的優化與設計方法，通過綜合考慮鍛造過程工藝參數及結構參數，從而獲得最終的底盤零件結構參數與工藝參數。

本發明是這樣實現的：

一種汽車底盤零件的優化與設計方法，包括如下步驟：

步驟一、對底盤零件進行參數化建模，建立底盤零件的有限元模型；

步驟二、對底盤零件模鍛過程的工藝步驟進行成形分析，校核底盤零件的性能；

步驟三、以底盤在一個特定工況下的柔度最小化為優化目標進行拓撲優化；

步驟四、依據拓撲優化結果，對去除材料部分形狀進行規整，分別確定結構參數、鍛造工藝參數的初值及其變化范圍，其中結構優化中以最大應力值為響應，工藝優化以等效應變值為響應，建立兩者優化模型；

步驟五、基于灰色關聯法確定上述目標的權值進行多目標形狀優化；

步驟六、選擇合適的優化算法進行迭代計算。

更進一步的方案是：

步驟一中，底盤零件的設計變量根據底盤零件的性能指標確定，所述性能指標包括底盤零件的工藝性能指標及結構性能指標，工藝性能指標包括各工序的等效應變值、溫度、金屬流動值，結構性能指標包括轉向節各工況下的應力、應變值以及模態、疲勞耐久性值。

更進一步的方案是：

步驟二中所述模鍛過程的工藝步驟包括墩粗、壓彎、預鍛、終鍛四個工藝步驟；所述校核底盤零件的性能，包括校核底盤零件的剛度、強度性能。

更進一步的方案是：

步驟二中，通過步驟一建立的底盤零件的有限元模型進行有限元的成形分析，在靜載工況下校核底盤零件的性能，靜載工況包括最大垂向力工況、0.4g轉向工況以及0.6g制動工況。

更進一步的方案是：

步驟三中，拓撲優化是以三種工況下的剛度進行折衷處理作為優化目標，優化模型為