[發(fā)明專利]車輪輪輞形狀優(yōu)化方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011014572.7 | 申請日： | 2020-09-24 |
| 公開（公告）號： | CN112199771B | 公開（公告）日： | 2022-03-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 吳鳳和;王朝華;宋德莊;孫迎兵;劉子健 | 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474 | 代理人： | 王冬杰 |
| 地址： | 066004 河北省*** | 國省代碼： | 河北;13 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 車輪 形狀 優(yōu)化 方法 | ||
本發(fā)明公開一種車輪輪輞形狀優(yōu)化方法，通過分析輪輞的功能特征及工況特征，建立輪輞等效截面模型及有限元模型；采用傳力路徑可視化方法提取輪輞等效截面的傳力路徑；建立結(jié)構(gòu)傳力性能評價策略，給出輪輞等效截面?zhèn)髁π阅艿膬?yōu)化策略；通過設(shè)計多個參數(shù)控制輪輞截面形狀，建立參數(shù)優(yōu)化數(shù)學模型，采用優(yōu)化算法進行迭代優(yōu)化，得到最終的輪輞形狀及輪轂?zāi)Ｐ汀１景l(fā)明從力學角度分析了輪輞結(jié)構(gòu)的傳力性能，并給出輪輞截面形狀優(yōu)化的建議，不需要建立復(fù)雜形狀優(yōu)化數(shù)學模型，可為同類圓筒薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計、優(yōu)化提供力學指導(dǎo)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種車輪輪輞形狀優(yōu)化方法。
背景技術(shù)
輕量化是實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的重要措施之一，車輪作為整車行駛系中的主要承載部件，是影響整車性能最重要的A級安全件，其輕量化程度和力學性能的優(yōu)劣直接影響到汽車的平穩(wěn)性、安全性、制動性和經(jīng)濟性。
車輪輪轂由輪輞、輪輻、輪緣組成，起到安裝和支撐輪胎、車軸的作用。輪輞屬于典型的圓環(huán)薄壁類結(jié)構(gòu)，其外側(cè)安裝有輪胎，內(nèi)側(cè)還要留有足夠的空間安裝驅(qū)動電機、剎車線等部件，功能要求及工藝限制較多，此外，輪輞還承受著輪胎、胎壓、車軸等帶來的復(fù)雜載荷。拓撲優(yōu)化作為一種基于迭代搜索的數(shù)值方法，很難給出這種圓環(huán)薄壁類結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略；形狀優(yōu)化通常是通過優(yōu)化局部區(qū)域關(guān)鍵節(jié)點位置的方式來實現(xiàn)形狀的尋優(yōu)，但輪輞形狀復(fù)雜，尺寸參數(shù)多且相互耦合，在優(yōu)化迭代過程中容易出現(xiàn)奇異解；尺寸優(yōu)化僅能改變輪輞的厚度，但在鑄造工藝要求下鋁合金輪輞的壁厚已無太大的優(yōu)化空間；以上原因?qū)е履壳拜嗇y形狀的設(shè)計、優(yōu)化是借助有限元分析并結(jié)合工程經(jīng)驗不斷試錯得到的，缺乏力學理論的指導(dǎo)。因此，汽車車輪輪輞的形狀優(yōu)化成為制約車輪輕量化設(shè)計的瓶頸之一，有必要挖掘新的設(shè)計理念和方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)汽車車輪輪輞形狀優(yōu)化的方法，通過傳力路徑來優(yōu)化輪輞形狀獲得新輪輞形狀，并且通過參數(shù)優(yōu)化來優(yōu)化新輪輞形狀的尺寸參數(shù)，為車輪輪輞的輕量化設(shè)計提供力學分析依據(jù)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的車輪輪輞形狀優(yōu)化方法，其具體包括如下步驟：
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(jié)點的應(yīng)變能系數(shù)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(shè)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dA，根據(jù)表達式(1)計算出初始輪輞等效截面的應(yīng)變能U；
其中，PA為在受力點A施加的載荷，KAA、KAC為點A相對于點A、點C的剛度，dC為任意點C產(chǎn)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(jié)點C，將S31提取的受力點位移dA作為載荷施加在受力點A，根據(jù)表達式(2)計算出刪除了初始輪輞等效截面受力點載荷并施加位移dA后的初始輪輞等效截面應(yīng)變能U'；
其中，P'A為在受力點施加位移載荷后產(chǎn)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(jié)點C，按表達式(2)計算得到各個節(jié)點對應(yīng)的應(yīng)變能U'C，根據(jù)表達式(3)計算各節(jié)點對應(yīng)的應(yīng)變能系數(shù)
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