[發明專利]車輪輪輞形狀優化方法

有效

• 申請號: 202011014572.7
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112199771B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 吳鳳和;王朝華;宋德莊;孫迎兵;劉子健
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 王冬杰

1.一種車輪輪輞形狀優化方法，其特征在于，其具體包括以下步驟：

S1、建立輪轂三維模型，分析輪輞的功能特征并建立初始輪輞等效截面模型；

S2、分析輪輞的工況特征，并建立初始輪輞等效截面的有限元模型；

S3、獲得初始輪輞等效截面的有限元模型中各節點的應變能系數計算輪輞等效截面的傳力路徑，具體為：

S31、對步驟S2得到的初始輪輞等效截面的有限元模型做靜力分析，假設受力點為A，約束點為B，任意點為C，計算完成后，提取受力點A的位移d_A，根據表達式(1)計算出初始輪輞等效截面的應變能U；

其中，P_A為在受力點A施加的載荷，K_AA、K_AC為點A相對于點A、點C的剛度，d_C為任意點C產生的位移；

S32、刪除初始輪輞等效截面有限元模型中的受力點載荷，保持約束條件不變，固定任意節點C，將步驟S31提取的受力點位移d_A作為載荷施加在受力點A，根據表達式(2)計算出刪除初始輪輞等效截面受力點載荷并施加位移d_A后的初始輪輞等效截面應變能U'；

其中，P’_A為在受力點施加位移載荷后產生的等效作用力；

S33、依次固定初始輪輞等效截面有限元模型的任意節點C，按表達式(2)計算得到各個節點對應的應變能U'_C，根據表達式(3)計算各節點對應的應變能系數

其中，C表示有限元模型中的任意節點，其取值范圍為：1，2，3，……n，n為有限元模型的節點總數；

提取所有節點的位置坐標及應變能系數值，將任意節點對應的應變能系數插值在有限元模型的節點上，得到輪輞等效截面的應變能系數云圖及等值線，將等值線的脊線確定為輪輞等效截面的主傳力路徑；

S4、依據傳力路徑上應變能系數的變化規律，建立傳力性能評價策略，分析輪輞等效截面的傳力性能，以降低應變能系數的衰減速度和衰減加速度為準則，給出輪輞形狀優化策略；

S5、根據步驟S4的傳力性能優化策略，獲得多個參數控制的新輪輞等效截面形狀，并根據輪輞功能特征，確定多個參數的優化范圍；

S6、建立新輪轂參數化模型，以輪轂重量最小為目標，以步驟S5設定的多個參數為設計變量，以參數優化范圍、輪轂最大應力和最大位移為約束，建立表達式(4)所示的輪轂參數優化數學模型，采用優化算法進行參數優化，得到最終的輪輞形狀及輪轂模型；

其中，X_i為設計變量，m為設計變量的總數，f(x)為目標函數，M為輪轂重量，σ_max為輪轂的最大應力值，[σ]為輪轂材料的許用應力，d_max為輪轂的最大位移量，[d]為輪轂要求的最大位移，X_imin為第i個設計變量的最小值，X_imax為第i個設計變量的最大值。

2.根據權利要求1所述的車輪輪輞形狀優化方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：利用三維建模軟件建立輪轂三維模型，提取輪輞截面形狀，根據輪轂與車軸、輪胎的安裝位置以及輪轂內部驅動電機、控制臂、剎車片的安裝位置及功能特征，確定輪輞截面優化區域，建立初始輪輞等效截面模型。

3.根據權利要求1所述的車輪輪輞形狀優化方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：分析輪轂在實際工作過程中承受的載荷類型，將其等效到步驟S1得到的輪輞等效截面模型中，得到輪輞的工況特征，通過分析載荷類型進行等效簡化，施加在輪輞等效截面上，采用有限元仿真軟件建立初始輪輞等效截面的有限元模型。