[發明專利]一種客車薄壁梁的優化設計方法

在審

• 申請號: 202011259979.6
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112257187A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 吳勝軍;袁威;梁治千;孟航宇;張宗宏
• 申請（專利權）人: 湖北汽車工業學院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06T17/20;G06F111/06
• 代理公司: 十堰博迪專利事務所 42110
• 代理人: 高良軍

本發明公開了一種客車薄壁梁的優化設計方法，步驟為：S1.建立各種不同截面薄壁梁有限元模型；S2.進行碰撞仿真選擇最佳截面的薄壁梁；S3.在S2薄壁梁上分別添加截面為V型或U型吸能槽；S4.選擇最佳形狀吸能槽；S5.在最佳截面薄壁梁上選擇出最優吸能槽添加數量；S6.將薄壁梁厚度、吸能槽截面邊長、吸能槽間距作為優化變量，通過哈默斯雷實驗設計法進行DOE實驗設計；S7.通過HyperKriging法建立近似模型；S8.以吸能最大為目標、碰撞加速度小于優化前的值為約束，建立優化模型；S9.采用遺傳算法進行優化，計算出各個變量的最優值；S10：將安裝原薄壁梁的骨架與安裝優化后薄壁梁的客車骨架進行碰撞仿真；S11：分析兩個整車碰撞的結果；從而得到薄壁梁的優化安全吸能結構。

技術領域

本發明涉及汽車技術領域,具體涉及一種客車薄壁梁的優化設計方法。

背景技術

客車的安全性能直接影響乘員的生命財產安全。在客車發生交通事故時，客車薄壁梁的設計結構在碰撞中以預定的方式變形，可以有效吸收碰撞能量，產生良好的碰撞波形可以減輕乘員、特別是駕駛員所受沖擊傷害，為乘員提供生存空間。

中國發明專利（申請號：CN201810451880.2）《一種薄壁梁變形引導結構》中公開了一種薄壁梁變形引導結構，屬于薄壁梁設計及制造領域，包括薄壁梁、加熱區、未加熱區。沿著薄壁梁的軸向，加熱區與未加熱區交替分布；加熱區的強度大于未加熱區的強度。將薄壁梁以一定速度通過加熱裝置，通過加熱裝置加熱后的加熱區，浸入冷卻介質中。本發明的優點在于，在不增加結構重量和制造難度的前提下可顯著加強軸向承載、引導薄壁梁發生穩定褶皺變形。

中國發明專利（申請號：CN201911270454.X）《考慮制造成本的多組件形式薄壁梁結構設計方法》涉及一種薄壁梁設計方法，針對現有利用拓撲優化方法設計的單組件形式薄壁梁結構形狀比較復雜，經濟性和工藝可行性差，可制造性差問題，一種考慮制造成本的多組件形式薄壁梁結構設計方法包括：1、建立多組件形式薄壁梁初始設計空間有限元模型；2、建立多組件形式薄壁梁多相懲罰材料插值模型；3、確定多組件形式薄壁梁結構優化目標；4、建立多組件形式薄壁梁零件材料成本約束；5、建立考慮制造成本約束的多組件形式薄壁梁拓撲優化模型；本發明在拓撲優化過程中兼顧考慮到制造約束及在拓撲優化過程中實現多組件形式結構分解，提高拓撲優化所帶來的經濟效益及優化方案的可行性。

中國發明專利（申請號：CN201810359712.0）《對稱模式下兩種常用鋼矩形截面薄壁梁壓潰力分析方法》提供了一種對稱模式下兩種常用鋼矩形截面薄壁梁壓潰力分析方法，第一步是推導對稱變形模式下由同種材料、同種厚度的鋼板構成的矩形截面薄壁梁的平均壓潰反力表達式；第二步是推導由兩種材料不同且厚度也不同的鋼板、由兩種材料不同但是厚度相同的鋼板以及由兩種材料相同但是厚度不同的鋼板構成的矩形截面薄壁梁分別在兩種混合形式下的平均壓潰反力表達式；并且對第二步求得的三種情況的平均壓潰力表達式進行工程化近似；本方法在僅有尺寸參數及材料特性條件下對兩種常用鋼混合矩形截面薄壁梁的壓潰性能進行準確預測分析，可實現對薄壁梁結構的正向設計，大大減少仿真試錯及實驗次數，縮短開發周期，降低設計成本。

發明人在實現本發明的過程中發現：

上述這些專利，都沒有從如何提高薄壁梁的吸能及降低碰撞加速度的角度來分析優化薄壁梁的結構，以解決薄壁梁吸能不徹底的問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種客車薄壁梁的優化設計方法，該方法從提高薄壁梁的吸能及降低碰撞加速度角度來優化薄壁的設計，以解決薄壁梁吸能不徹底的問題，提高客車碰撞的安全性。

發明構思：鑒于現有技術針對薄壁梁的相關技術方案都沒有考慮如何提高薄壁梁的吸能及降低碰撞加速度。發明人從這個角度入手，先尋找吸能、加速度最優的薄壁梁截面形狀，再尋找優化出吸能、加速度最優的吸能槽布置及數量；最后將該薄壁梁安裝到客車上，有效提高碰撞安全性。