一種汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。本發(fā)明提供一種汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，在對影響頂蓋性能的關(guān)鍵因素進(jìn)行靈敏度分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化，可以在滿足頂蓋模態(tài)、抗凹性能及抗雪壓性能要求的同時，實現(xiàn)頂蓋的輕量化設(shè)計，并縮短頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計周期，為汽車頂蓋結(jié)構(gòu)提供了一種新的設(shè)計思路。本發(fā)明在滿足總布置要求及側(cè)碰等關(guān)鍵約束要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，避免了對經(jīng)驗設(shè)計和借鑒對標(biāo)車結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法的依賴性；可在影響頂蓋性能的關(guān)鍵設(shè)計變量的取值范圍內(nèi)找到最優(yōu)化值，避免了設(shè)計反復(fù)和優(yōu)化時某項性能過設(shè)計；使優(yōu)化結(jié)構(gòu)在滿足頂蓋各項性能設(shè)計目標(biāo)的前提下實現(xiàn)了輕量化。
【專利說明】
-種汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于家用轎車、MPV、SUV等汽車來說，主要關(guān)注的頂蓋結(jié)構(gòu)性能是模態(tài)、抗凹性能 和抗雪壓性能?，F(xiàn)有的頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計方法是:根據(jù)對標(biāo)車做結(jié)構(gòu)初步設(shè)計^數(shù)值分析校核 性能^結(jié)構(gòu)優(yōu)化^樣車制造^性能測試。此種設(shè)計方法由于依賴對標(biāo)車結(jié)構(gòu)，且只針對不 滿足目標(biāo)要求的性能進(jìn)行單獨的加強優(yōu)化，容易出現(xiàn)其設(shè)計反復(fù)或者性能設(shè)計過剩等問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對已有頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計主要參考對標(biāo)車及設(shè)計人員經(jīng)驗進(jìn)行的局限性，本發(fā)明所 要解決的技術(shù)問題是:提供一種汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，在對影響頂蓋性能的關(guān)鍵因素進(jìn) 行靈敏度分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化，可W在滿足頂蓋模態(tài)、抗凹性能及抗 雪壓性能要求的同時，實現(xiàn)頂蓋的輕量化設(shè)計，并縮短頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計周期，為汽車頂蓋結(jié)構(gòu) 提供了一種新的設(shè)計思路。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法， 包括W下步驟：
[0005] (1)進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)初步設(shè)計；
[0006] (2)進(jìn)行頂蓋模態(tài)、抗凹性、抗雪壓性能分析，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè)計完成，如不滿 足設(shè)計目標(biāo)則進(jìn)入步驟(3):
[0007] (3)定義設(shè)計變量，該設(shè)計變量包括頂蓋外板變量和頂蓋橫梁變量；
[000引（4)對設(shè)計變量進(jìn)行模態(tài)靈敏度和質(zhì)量靈敏度分析，并對設(shè)計變量進(jìn)行模態(tài)相對 質(zhì)量靈敏度排序；
[0009] (5)頂蓋外板結(jié)構(gòu)優(yōu)化:根據(jù)步驟(4)的分析結(jié)果，利用形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化等優(yōu) 化手段，通過多目標(biāo)優(yōu)化的方法得到頂蓋模態(tài)和抗雪壓性能最優(yōu)時對應(yīng)的外板變量參數(shù) 值；
[0010] (6)頂蓋外板性能校驗分析:校核驗證頂蓋外板變量最優(yōu)值，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè) 計完成，如不滿足設(shè)計目標(biāo)則進(jìn)入步驟(7):
[0011] (7)頂蓋橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化:根據(jù)步驟(4)的分析結(jié)果，利用形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化等優(yōu) 化手段，通過多目標(biāo)優(yōu)化的方法得到模態(tài)、抗雪壓性及抗凹性最優(yōu)時的頂蓋橫梁變量參數(shù) 對應(yīng)值；
[0012] (8)頂蓋橫梁性能校驗分析:校核驗證頂蓋橫梁變量最優(yōu)值，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè) 計完成，如不滿足設(shè)計目標(biāo)則與總布置及造型區(qū)域討論并修改變量的初始取值范圍進(jìn)入步 驟(3)。
[0013] 所述步驟(1)中進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)初步設(shè)計包括W下步驟；
[0014] (11)根據(jù)造型A面設(shè)計頂蓋外板；
[0015] (12)根據(jù)側(cè)碰性能要求及頂蒸安裝等總布置要求確定橫梁的數(shù)量及布置；
[0016] (13)在滿足步驟(11)(12)兩項要求的前提下，按照質(zhì)量最輕的輕量化原則進(jìn)行頂 蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計。
[0017] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(3)中頂蓋外板變量包括頂蓋外板曲率分布、 筋條數(shù)量、筋條形狀、筋條參數(shù)及橫梁截面尺寸;所述頂蓋外板曲率分布用頂蓋曲率弦高簡 化;所述筋條參數(shù)包括筋條的長度、寬度和高度，所述頂蓋橫梁變量包括橫梁數(shù)量、橫梁位 置、橫梁參數(shù)，所述橫梁參數(shù)包括橫梁截面的高度、寬度和飯金的厚度。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(6)中的校核驗證頂蓋外板變量最優(yōu)值W及 步驟(8)中的校核驗證頂蓋橫梁變量最優(yōu)值，包括驗證頂蓋模態(tài)、抗凹性能及抗雪壓性能。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是:a.本發(fā)明在滿足總布置要求及側(cè)碰等關(guān)鍵約束要求的基礎(chǔ) 上進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，擺脫了過多依賴經(jīng)驗設(shè)計和借鑒對標(biāo)車結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法;b.本 發(fā)明通過對影響頂蓋性能的因素進(jìn)行基于模態(tài)、雪壓、抗凹的多目標(biāo)優(yōu)化，可在變量的取值 范圍內(nèi)找到最優(yōu)化值，避免了設(shè)計反復(fù)和優(yōu)化時某項性能過設(shè)計;C.本發(fā)明對設(shè)計變量進(jìn) 行靈敏度分析時綜合考慮了質(zhì)量和性能因素，使優(yōu)化結(jié)構(gòu)在滿足頂蓋各項性能設(shè)計目標(biāo)的 前提下實現(xiàn)了輕量化。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的設(shè)計流程圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明實施例中某車型頂蓋結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明實施例中某車型優(yōu)化后的頂蓋外板形狀；
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0024] 本發(fā)明針對已有頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計主要參考對標(biāo)車及設(shè)計人員經(jīng)驗進(jìn)行的局限性，專 利首先考慮成本控制因素，其次對影響性能的各變量進(jìn)行性能相對質(zhì)量的靈敏度分析（即 兩者靈敏度值相除），設(shè)置變量的變化范圍，再根據(jù)靈敏度排序結(jié)果，依次對各項變量進(jìn)行 基于模態(tài)、雪壓、抗凹的多目標(biāo)優(yōu)化分析，得到各項變量最優(yōu)值，最后對最優(yōu)值進(jìn)行校核驗 證。該頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的技術(shù)路線如圖1所示：
[0025] 1、按照W下原則進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)初步設(shè)計：
[0026] 1)、根據(jù)造型A面設(shè)計頂蓋外板；
[0027] 2)、根據(jù)側(cè)碰性能要求及頂蒸安裝等總布置要求確定橫梁的數(shù)量及布置；
[0028] 3)、在滿足前兩項要求的前提下，按照質(zhì)量最輕的輕量化原則進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計；
[0029] 2、進(jìn)行頂蓋模態(tài)、抗凹性、抗雪壓性能分析，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè)計完成，如不滿 足設(shè)計目標(biāo)則進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析；
[0030] 3、定義設(shè)計變量。影響頂蓋性能的設(shè)計變量可分為兩類:一類為頂蓋外板變量，另 一類為頂蓋橫梁變量。頂蓋外板變量一般包括頂蓋外板曲率分布（用頂蓋曲率弦高簡化）、 筋條數(shù)量、筋條參數(shù)(長、寬、高），頂蓋橫梁變量一般包括橫梁數(shù)量、橫梁位置、橫梁參數(shù)(橫 梁截面寬、高，飯金厚度）。確定設(shè)計變量后，根據(jù)總布置、造型及質(zhì)量等要求，確定各變量的 取值范圍；
[0031] 4、考慮了車企和消費者對頂蓋模態(tài)、雪壓和抗凹性能實際關(guān)注度差異，將頂蓋結(jié) 構(gòu)性能按照重要程度進(jìn)行先后排序，即：模態(tài)、抗雪壓性、抗凹性，對各變量進(jìn)行模態(tài)靈敏度 和質(zhì)量靈敏度分析，并對兩類設(shè)計變量進(jìn)行進(jìn)行模態(tài)相對質(zhì)量的靈敏度排序（即模態(tài)靈敏 度值與質(zhì)量靈敏度相除）；
[0032] 5、根據(jù)靈敏度分析結(jié)果，利用形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化等優(yōu)化手段，通過多目標(biāo)優(yōu)化 的方法得到模態(tài)和抗雪壓性能最優(yōu)時對應(yīng)外板變量參數(shù)對應(yīng)值；
[0033] 6、校核驗證外板變量最優(yōu)值，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè)計完成，如不滿足設(shè)計目標(biāo)則 進(jìn)行橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化；
[0034] 7、根據(jù)靈敏度分析結(jié)果，利用形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化及尺寸優(yōu)化等手段，對通過多目 標(biāo)控制的方法得到模態(tài)、抗雪壓性及抗凹性最優(yōu)時的橫梁變量參數(shù)對應(yīng)值；
[0035] 8、校核驗證橫梁變量最優(yōu)值，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè)計完成，如不滿足設(shè)計目標(biāo)則 與總布置及造型區(qū)域討論并修改變量的初始取值范圍；
[0036] 9、繼續(xù)優(yōu)化至頂蓋各性能要求及質(zhì)量要求滿足設(shè)計目標(biāo)要求。
[0037] 實施例:現(xiàn)W某車型頂蓋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計為例進(jìn)行說明，該車型的初始頂蓋結(jié)構(gòu) 見圖2:
[0038] 1、頂蓋初始設(shè)計性能分析：
[0039] 建立頂蓋模態(tài)、抗雪壓、抗凹分析模型，分析結(jié)果中頂蓋模態(tài)35化，不滿足目標(biāo)要 求，抗雪壓初始值IOOcm滿足設(shè)計目標(biāo)，抗凹性剛度>20N/mm，也滿足設(shè)計要求；
[0040] 2、設(shè)計變量靈敏度分析：
[0041] 頂蓋的設(shè)計變量包括頂蓋曲率、筋條數(shù)量、筋條形狀及橫梁截面尺寸。通過CAE計 算，頂蓋外板設(shè)計變量的模態(tài)相對質(zhì)量靈敏度排序為:頂蓋曲率、筋條數(shù)量、筋條尺寸(長、 寬、高）；橫梁設(shè)計變量的模態(tài)相對質(zhì)量靈敏度排序為橫梁（四、五、六、屯)截面高度、橫梁截 面寬度。
[0042] 3、優(yōu)化頂蓋外板形狀
[0043] 利用形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化技術(shù)手段，通過多目標(biāo)優(yōu)化控制的方法得到頂蓋模態(tài)和 抗雪壓性最優(yōu)時的外板變量參數(shù)值，并進(jìn)行校核。優(yōu)化后的頂蓋外板形狀見圖3:
[0044] 當(dāng)頂蓋模態(tài)和抗雪壓性能達(dá)到最優(yōu)時，外板變量參數(shù)的取值見表1:
[0045] 表1外板表量參數(shù)取值表
[0046]
[0047]優(yōu)化頂蓋外板參數(shù)后，頂蓋模態(tài)提升了25%，略低于模態(tài)目標(biāo)值，雪壓降低了 38 %，也略低于目標(biāo)值，需繼續(xù)優(yōu)化橫梁參數(shù)。
[004引4、優(yōu)化橫梁形狀
[0049] 利用形狀優(yōu)化技術(shù)手段，通過多目標(biāo)優(yōu)化控制的方法得到模態(tài)、抗雪壓性、抗凹性 最優(yōu)時的橫梁截面尺寸，并進(jìn)行校核。優(yōu)化后的橫梁（四、五、六、屯)的截面參數(shù)見表2:
[0050] 當(dāng)頂蓋模態(tài)和抗雪壓性能達(dá)到最優(yōu)時，優(yōu)化前后橫梁變量參數(shù)取值見表2:
[0051] 表2頂蓋橫梁參數(shù)值前后對比
[0化2]
[0053] 優(yōu)化頂蓋外板參數(shù)后進(jìn)行校核驗證，頂蓋模態(tài)46.2化、抗雪壓80cm、抗凹剛度> 20N/mm，各項性能均滿足設(shè)計目標(biāo)要求，同時質(zhì)量減少了 0.05Kg，在滿足頂蓋性能目標(biāo)的前 提下實現(xiàn)了輕量化。
[0054] 本專利與現(xiàn)有技術(shù)相比：
[0055] 1、頂蓋外板為雙曲率大平面，曲率是不易參數(shù)化的變量，為方便參數(shù)化優(yōu)化，將變 量由頂蓋曲率轉(zhuǎn)變?yōu)轫斏w炫高處理；
[0056] 2、考慮了車企和消費者對頂蓋模態(tài)、雪壓和抗凹性能實際關(guān)注度，對與頂蓋相關(guān) 的性能的重要度進(jìn)行排序，并W輕量化為原則進(jìn)行基于頂蓋模態(tài)、雪壓和抗凹性能的優(yōu)化；
[0057] 3、將與模態(tài)、雪壓和抗凹性能相關(guān)的頂蓋影響因素變量參數(shù)化，并根據(jù)所屬部件 類型，分為外板變量和橫梁變量，通過優(yōu)化參數(shù)優(yōu)化頂蓋性能。根據(jù)兩者優(yōu)化效果程度，先 優(yōu)化前者后優(yōu)化后者；
[0058] 4、采用靈敏度分析手段對各類參數(shù)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果依次進(jìn)行性能優(yōu) 化，在滿足頂蓋性能目標(biāo)的前提下實現(xiàn)了輕量化；
[0059] 5、采用多目標(biāo)優(yōu)化控制方法來進(jìn)行頂蓋性能優(yōu)化，可W合理避免頂蓋性能設(shè)計過 剩，有效降低了設(shè)計成本；
[0060] W上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施只局限于運些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)犯i圍。
【主權(quán)項】
1. 一種汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 進(jìn)行頂蓋結(jié)構(gòu)初步設(shè)計； (2) 進(jìn)行頂蓋模態(tài)、抗凹性、抗雪壓性能分析，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè)計完成，如不滿足設(shè) 計目標(biāo)則進(jìn)入步驟(3): (3 )定義設(shè)計變量，該設(shè)計變量包括頂蓋外板變量和頂蓋橫梁變量； (4) 對設(shè)計變量進(jìn)行模態(tài)靈敏度和質(zhì)量靈敏度分析，并對設(shè)計變量進(jìn)行模態(tài)相對質(zhì)量 敏度排序； (5) 頂蓋外板結(jié)構(gòu)優(yōu)化:根據(jù)步驟(4)的分析結(jié)果，利用形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化等優(yōu)化手 段，通過多目標(biāo)優(yōu)化的方法得到頂蓋模態(tài)和抗雪壓性能最優(yōu)時對應(yīng)的外板變量參數(shù)值； (6) 頂蓋外板性能校驗分析:校核驗證頂蓋外板變量最優(yōu)值，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè)計完 成，如不滿足設(shè)計目標(biāo)則進(jìn)入步驟(7): (7) 頂蓋橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化:根據(jù)步驟(4)的分析結(jié)果，利用形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化等優(yōu)化手 段，通過多目標(biāo)優(yōu)化的方法得到模態(tài)、抗雪壓性及抗凹性最優(yōu)時的頂蓋橫梁變量參數(shù)對應(yīng) 值； (8) 頂蓋橫梁性能校驗分析:校核驗證頂蓋橫梁變量最優(yōu)值，如滿足設(shè)計目標(biāo)則設(shè)計完 成，如不滿足設(shè)計目標(biāo)則與總布置及造型區(qū)域討論并修改變量的初始取值范圍進(jìn)入步驟 (3)〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟（1)中進(jìn)行頂 蓋結(jié)構(gòu)初步設(shè)計包括以下步驟； (11) 根據(jù)造型A面設(shè)計頂蓋外板； (12) 根據(jù)側(cè)碰性能要求及頂蒸安裝等總布置要求確定橫梁的數(shù)量及布置； (13) 在滿足步驟（11)(12)兩項要求的前提下，按照質(zhì)量最輕的輕量化原則進(jìn)行頂蓋 結(jié)構(gòu)設(shè)計。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(3)中頂蓋外 板變量包括頂蓋外板曲率分布、筋條數(shù)量、筋條形狀、筋條參數(shù)及橫梁截面尺寸;所述頂蓋 外板曲率分布用頂蓋曲率弦高簡化;所述筋條參數(shù)包括筋條的長度、寬度和高度，所述頂蓋 橫梁變量包括橫梁數(shù)量、橫梁位置、橫梁參數(shù)，所述橫梁參數(shù)包括橫梁截面的高度、寬度和 鈑金的厚度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車頂蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(6)中的校核 驗證頂蓋外板變量最優(yōu)值以及步驟(8)中的校核驗證頂蓋橫梁變量最優(yōu)值，包括驗證頂蓋 模態(tài)、抗凹性能及抗雪壓性能。
【文檔編號】G06F17/50GK105956260SQ201610279089
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】羅慧娟, 龐崇劍, 劉杰昌, 魏敏, 鄧文字
【申請人】上汽通用五菱汽車股份有限公司