CN104424371A - 白车身概念设计模型建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白车身概念设计模型建立方法。所述白车身概念设计模型建立方法包括以下步骤：利用梁单元序列、板壳单元和刚性杆单元建立上车身相应结构的概念模型；利用梁单元序列、板壳单元和刚性杆单元建立下车身相应结构的概念模型；利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立接头部分的概念模型；以及利用拓扑优化和形貌优化建立前围板总成的概念模型。根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法建立的白车身的概念模型，更加精确地模拟相应的述白车身的刚度性能、更加精确地模拟相应的白车身的应力分布情况，且更容易构建截面和截断面数据库，更细致地反映白车身对横截面、典型截断面以及造型等后续修改的响应。

Description

白车身概念设计模型建立方法

技术领域

本发明涉及车辆领域，具体而言，涉及一种白车身概念设计模型建立方法。

背景技术

现有的白车身概念模型一般单纯以杆单元或梁单元搭建白车身框架，或者仅在地板部分配合对应地板相应位置设计带有厚度的二维单元建立地板部分的重要钣金结构，并在配合接头部分使用梁杆单元建立白车身概念模型。因此，现有的白车身概念设计模型通过现有的白车身概念设计模型计算得出的应力、位移分布以及刚度结果与完成后的白车身误差较大，无法真实反映白车身的物理性能及应力传导。同时，截面信息的更新费时费力，截面数据库难以形成。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种白车身概念设计模型建立方法，利用白车身概念设计模型建立方法建立的白车身的概念模型，更加精确地模拟相应的白车身的刚度性能、更加精确地模拟相应的白车身的应力分布情况，且更容易构建截面和截断面数据库，更细致地反映白车身1对横截面、典型截断面以及造型等后续修改的响应。

为了实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种白车身概念设计模型建立方法。所述白车身概念设计模型建立方法包括以下步骤：

S1、利用梁单元序列、板壳单元和刚性杆单元建立上车身相应结构的概念模型；

S2、利用梁单元序列、板壳单元和刚性杆单元建立下车身相应结构的概念模型；

S3、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立接头部分的概念模型；以及

S4、利用拓扑优化和形貌优化建立前围板总成的概念模型。

根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法，利用梁单元序列建立了所述白车身的梁类结构的概念模型，利用板壳单元建立了所述白车身的板类结构的概念模型，利用刚性杆单元建立板类结构和与板类结构相应的梁类结构的连接结构的概念模型，利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立接头部分的概念模型，同时利用拓扑优化和形貌优化相结合的方式建立所述前围板总成的概念模型，经过上述步骤建立的所述白车身的概念模型，能够明显降低所述白车身的概念模型与白车身模型在车身刚度上的差距（差距在所述白车身相应点位移20%以内），且所述白车身的概念模型与白车身模型在除座椅安装点外的车身其它区域的应力和位移分布高度一致。

此外，在有限元软件（例如，ANSA）中，利用根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法建立的所述白车身的概念模型，只需要将相应的横截面参数和所述白车身的典型截断面参数赋予对应位置的梁单元序列即可得到所述白车身的相应结构的概念模型。也就是说，可以通过改变相应的横截面参数和所述白车身的典型截断面参数的信息，也就是通过替换和更新所述参数，就可以的到与所述参数相匹配的所述白车身的概念模型。同时，所述参数会被有限元分析软件存储成为数据库，以供后续设计参考或者后续修改使用。

因此，利用根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法建立的所述白车身的概念模型，更加精确地模拟相应的所述白车身的刚度性能、更加精确地模拟相应的所述白车身的应力分布情况，且更容易构建截面和截断面数据库，更细致地反映所述白车身对横截面、典型截断面以及造型等后续修改的响应。

另外，根据本发明上述实施例的白车身概念设计模型建立方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述步骤S4包括：

S41、先建立所述前围板总成的模型并进行有限元划分，且在所述前围板总成的相应位置赋予真实的厚度形成前围板总成的有限元模型；

S42、将建立好的所述前围板总成的有限元模型进行拓扑优化分析；

S43、将经过步骤S42优化后的所述前围板总成的有限元模型进行形貌优化分析；

S44、根据形貌优化的结果优化所述前围板总成结构。

经过上述步骤后得到的前围板总成的概念模型显著提高了所述白车身的概念模型的模拟精度。

可选地，所述形貌优化为沟壑分布结构优化。

根据本发明的一个实施例，对步骤S42中的前围板总成的有限元模型进行拓扑优化分析时，模拟多种不同工况下所述前围板总成的受力情况，从而提高所述前围板总成的概念模型的模拟精度，使所述前围板总成的概念模型更接近真实的前围板总成的结构。

根据本发明的一个实施例，对步骤S43中的前围板总成的有限元模型进行形貌优化分析时，模拟多种不同工况下所述前围板总成的受力情况，从而提高所述前围板总成的概念模型的模拟精度，使所述前围板总成的概念模型更接近真实的前围板总成的结构。

可选地，所述梁单元序列按直线排列。这种梁单元序列的排列方式能确保所述白车身的概念模型的应力传导更接近白车身的真实结构。此外，梁单元序列按照直线排列方式排列提高了建立所述白车身的概念模型的速度。

根据本发明的一个实施例，所述上车身包括：顶盖板、顶盖加强梁、A柱、B柱和C柱，所述步骤S1包括：

S11、利用梁单元序列建立所述顶盖加强梁、所述A柱、所述B柱和所述C柱的概念模型；

S12、利用板壳单元建立所述顶盖板的概念模型；

S13、利用刚性杆单元建立所述顶盖板与所述顶盖加强梁的连接结构的概念模型。

进一步地，所述下车身包括：地板、地板加强梁、座椅横梁、后轮罩、搁物板、备胎舱、搁物板支撑架，所述步骤S2包括：

S21、利用梁单元序列建立所述地板加强梁、所述座椅横梁、所述搁物板支撑架的概念模型；

S22、利用板壳单元建立所述地板、所述后轮罩的概念模型；

S23、利用刚性杆单元建立所述地板与所述地板加强梁的连接结构、所述地板与所述座椅横梁的连接结构的概念模型；以及

S24、借用近似车型的相应位置的概念模型建立所述搁物板、所述备胎舱的概念模型。

更进一步地，所述步骤S3包括：

S31、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立所述A柱与所述顶盖板的接头部分结构、所述B柱与所述顶盖板的接头部分结构、所述C柱与所述顶盖板的接头部分结构的概念模型；

S32、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立所述A柱与所述地板的接头部分结构、所述B柱与所述地板的接头部分结构、所述C柱与所述地板的接头部分结构、所述后轮罩与所述搁物板支撑架的接头部分结构的概念模型。

这种接头部分的概念模型的建立方法可以提高上车身概念模型的精确度，能更精确地模拟完整白车身的概念模型的车身刚度及下车身应力分布。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是利用根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法建立的梁单元序列按直线排列时的白车身的概念模型的示意图；

图2是利用根据本发明实施例的利用刚性杆单元建立的白车身相应结构的白车身的概念模型的局部示意图；

图3利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立的白车身的接头部分的概念模型的示意图；

图4是前围板总成的模型的示意图；

图5是前围板总成的有限元模型的示意图；

图6是前围板总成经过形貌优化后的结果的示意图；

图7是利用拓扑优化和形貌优化建立的前围板总成的概念模型的示意图；

图8是具有图7所示的前围板总成的概念模型的白车身的概念模型的示意图；

图9是借用近似车型的搁物板的概念模型、备胎舱的概念模型建立的白车身的概念模型的局部示意图；

图10是利用梁单元序列建立的搁物板支撑架的概念模型的示意图；

图11是利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立的后轮罩与搁物板支撑架的连接结构的白车身的概念模型的局部示意图。

附图说明：

白车身1、A柱10、B柱20、C柱30、顶盖板410、顶盖加强梁420、地板510、地板加强梁520、后轮罩60、搁物板710、备胎舱80、搁物板支撑架720、前围板总成90、需要结构加强的部分910

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1-图11描述根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法。如图1-图11所示，根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法包括以下步骤：

S1、利用梁单元序列、板壳单元和刚性杆单元建立上车身相应结构的概念模型；

S2、利用梁单元序列、板壳单元和刚性杆单元建立下车身相应结构的概念模型；

S3、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立接头部分概念模型；以及

S4、利用拓扑优化和形貌优化建立前围板总成的概念模型。

其中，概念模型是指白车身概念设计阶段对白车身1的相应结构的模拟仿真模型。在白车身概念设计阶段，通过对白车身1的相应结构的模拟仿真最终得出的白车身概念设计模型，也就是白车身1的概念模型。在白车身概念设计阶段，对白车身1的相应结构的模拟仿真得到的模型为白车身1的相应结构的概念模型。

白车身1的结构主要包括：梁类结构（例如A柱10、B柱20、C柱30、地板加强梁520、顶盖加强梁420等）、板类结构（例如，地板510、顶盖板410等）、板类结构和与板类结构相应的梁类结构的连接结构（例如地板510与地板加强梁520的连接结构、顶盖板410与顶盖加强梁420的连接结构等）以及接头部分结构（例如，A柱10与顶盖板410的接头部分的结构、A柱10与地板510的接头部分的结构等）。白车身1上不同的结构利用不同的方法建立概念模型。

其中，白车身1的主要包括：地板部分、顶盖部分和侧围部分。各部分之间的连接结构为接头部分结构。接头部分的定义对本领域普通技术人员而言都是已知的，在此不再详细叙述。

根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法，利用梁单元序列建立了白车身1的梁类结构的概念模型，利用板壳单元建立了白车身1的板类结构的概念模型，利用刚性杆单元建立板类结构和与板类结构相应的梁类结构的连接结构的概念模型，利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立接头部分的概念模型，同时利用拓扑优化和形貌优化相结合的方式建立前围板总成90的概念模型，经过上述步骤建立的白车身1的概念模型，能够明显降低白车身1的概念模型与白车身模型在车身刚度上的差距（差距在白车身1相应点位移20%以内），且白车身1的概念模型与白车身模型在除座椅安装点外的车身其它区域的应力和位移分布高度一致。

此外，在有限元软件（例如，ANSA）中，利用根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法建立的白车身1的概念模型，只需要将相应的横截面参数和白车身1的典型截断面参数赋予对应位置的梁单元序列即可得到白车身1的相应结构的概念模型。也就是说，可以通过改变相应的横截面参数和白车身1的典型截断面参数的信息，也就是通过替换和更新所述参数，就可以的到与所述参数相匹配的白车身1的概念模型。同时，所述参数会被有限元分析软件存储成为数据库，以供后续设计参考或者后续修改使用。

因此，利用根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法建立的白车身1的概念模型，更加精确地模拟相应的白车身1的刚度性能、更加精确地模拟相应的白车身1的应力分布情况，且更容易构建截面和截断面数据库，更细致地反映白车身1对横截面、典型截断面以及造型等后续修改的响应。

有利地，梁单元序列可以按直线排列。这种梁单元序列的排列方式能确保白车身1的概念模型的应力传导更接近白车身1的真实结构。此外，梁单元序列按照直线排列方式排列提高了建立白车身1的概念模型的速度。

在本发明的一个实施例中，上车身的不同的结构的概念模型可以分别通过梁单元序列、板壳单元或者刚性杆单元建立。上车身可以包括：顶盖板、顶盖加强梁、A柱、B柱和C柱，步骤S1可以包括：

S11、利用梁单元序列建立顶盖加强梁、A柱、B柱和C柱的概念模型；

S12、利用板壳单元建立顶盖板的概念模型；

S13、利用刚性杆单元建立顶盖板与顶盖加强梁的连接结构的概念模型。

在本发明的一个实施例中，下车身的不同的结构的概念模型可以分别通过梁单元序列、板壳单元或者刚性杆单元建立。下车身可以包括：地板、地板加强梁、座椅横梁、后轮罩、搁物板、备胎舱、搁物板支撑架，步骤S2可以包括：

S21、利用梁单元序列建立地板加强梁、座椅横梁、搁物板支撑架的概念模型；

S22、利用板壳单元建立地板、后轮罩的概念模型；

S23、利用刚性杆单元建立地板与地板加强梁的连接结构、地板与座椅横梁的连接结构的概念模型；以及

S24、借用近似车型的相应位置的概念模型建立搁物板、备胎舱的概念模型。

搁物板支撑架720属于对车身性能敏感度高的结构，通过参考真实的搁物板支撑架720的结构，并采用梁单元序列建立搁物板支撑架720的概念模型。地板510以及后轮罩60按照白车身概念设计阶段的设计，采用相应厚度的板壳单元建立地板510的概念模型、后轮罩60的概念模型。也就是说，在白车身概念设计阶段，地板510以及后轮罩60均有一个设计厚度，在白车身1的概念模型中利用板壳单元建立的概念模型中的厚度与设计厚度相同。这样，能够提高白车身1的概念模型的模拟精度。

搁物板710以及备胎舱80的结构对车身性能敏感度较低。因此，如图9所示，采用近似车型的搁物板的概念模型作为本发明实施例中的搁物板710的概念模型，采用近似车型的备胎舱的概念模型作为本发明实施例中的备胎舱80的概念模型，并将该搁物板710的概念模型和该备胎舱80的概念模型与采用根据本发明实施例的白车身概念设计模型建立方法建立的其它位置处的概念模型拼接而成白车身1的概念模型。这样，不仅使白车身1的概念模型的结构应力分布与真实的白车身1的结构应力分布更加接近，而且加快了建立白车身1的概念模型的速度。

在本发明的一个可选的实施例中，顶盖板410与顶盖加强梁420、地板510与地板加强梁520、地板510与座椅横梁可以通过点焊相连，利用刚性杆单元可以模拟上述零部件之间的点焊焊接结构。

在本发明的一个实施例中，步骤S3可以包括：

S31、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立A柱与顶盖板的接头部分结构、B柱与顶盖板的接头部分结构、C柱与顶盖板的接头部分结构的概念模型；

S32、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立A柱与地板的接头部分结构、B柱与地板的接头部分结构、C柱与地板的接头部分结构、后轮罩与搁物板支撑架的接头部分结构的概念模型。

也就是说，如图5所示，白车身1的接头部分利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立相应的模型，这种接头部分的概念模型的建立方法可以提高上车身概念模型的精确度，能更精确地模拟完整的白车身1的概念模型的车身刚度及下车身应力分布。

前围板总成90的结构对车身刚度有重要的影响，属于高灵敏度结构。在本发明的一个实施例中，采用如下步骤建立前围板总成90的概念模型。也就是说，步骤S4可以包括：

S41、先建立前围板总成的模型并进行有限元划分，且在前围板总成的相应位置赋予真实的厚度形成前围板总成的有限元模型；

S42、将建立好的前围板总成的有限元模型进行拓扑优化分析；

S43、将经过步骤S42优化后的前围板总成的有限元模型进行形貌优化分析；

S44、根据形貌优化的结果优化所述前围板总成的结构。

在步骤S41中，首先建立如图4所示的前围板总成90的模型，该前围板总成90的模型简单的建立出前围板总成90的大体形状。也就是说，如图4所示的前围板总成90的模型为前围板总成90的简单模型。

前围板总成90的真实结构中，前围板总成90的各个部件或者各部件自身的不同位置处，由于所需强度不同，因而在不同部件或者不同部件的不同位置处的厚度不同。因此，在对前围板总成90的模型进行有限元划分后，在前围板总成90的相应位置赋予真实的厚度，形成如图5所示的前围板总成90的有限元模型。这样模拟得到的前围板总成90的概念模型才能更接近真实的前围板总成90的结构。

拓扑优化和形貌优化均为结构优化。拓扑优化以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。形貌优化是在已有薄板上寻找新的凸台分布，提高局部刚度。拓扑优化和形貌优化的具体步骤和方法，对本领域普通技术人员而言均为已知，在此不再详细叙述。

经过步骤S41、S42和S43后得到的形貌优化后的前围板总成90的有限元模型，如图7所示，需要结构加强的部分910，。参考优化结果以及以往车身的前围板总成的结构，经过步骤S44，得到如图8和图9中所示的前围板总成90的概念模型。这种方法建立的前围板总成90的概念模型显著提高了白车身1的概念模型的模拟精度。

有利地，在本发明的一个实施例中，对步骤S42中的前围板总成90的有限元模型进行拓扑优化分析时，可以模拟多种不同工况下前围板总成90的受力情况。也就是说，白车身1处于不同工况时，前围板总成90的受力情况不同，通过对不同工况下前围板总成90的受力情况进行模拟，即对前围板总成90的有限元模型拓扑优化分析时，加载不同的载荷，从而提高前围板总成90的概念模型的模拟精度，使前围板总成90的概念模型更接近真实的前围板总成90的结构。

进一步地，在本发明的一个实施例中，对步骤S43中的前围板总成90的有限元模型进行形貌优化分析时，可以模拟多种不同工况下前围板总成90的受力情况。

也就是说，白车身1处于不同工况时，前围板总成90的受力情况不同，通过对不同工况下前围板总成90的受力情况进行模拟，对经过拓扑优化后的前围板总成90的有限元模型，在形貌优化时加载不同的载荷，从而提高前围板总成90的概念模型的模拟精度，使前围板总成90的概念模型更接近真实的前围板总成90的结构。

可选地，所述形貌优化可以为沟壑分布结构优化。前围板总成90的有限元模型经沟壑分布结构优化后得到的需要结构加强的部分910呈横向或纵向连成片的沟壑分布区域。在本发明的一个实施例中，如图8和图9所示，在沟壑分布区域采用加强筋、凸包等形式对前围板总成90的结构进行加强，从而得到更接近真实的前围板总成90的结构的前围板总成90的概念模型。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用梁单元序列、板壳单元和刚性杆单元建立上车身相应结构的概念模型；

S2、利用梁单元序列、板壳单元和刚性杆单元建立下车身相应结构的概念模型；

S3、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立接头部分的概念模型；以及

S4、利用拓扑优化和形貌优化建立前围板总成的概念模型。

2.根据权利要求1所述的白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，

所述步骤S4包括：

S41、先建立所述前围板总成的模型并进行有限元划分，且在所述前围板总成的相应位置赋予真实的厚度形成前围板总成的有限元模型；

S42、将建立好的所述前围板总成的有限元模型进行拓扑优化分析；

S43、将经过步骤S42优化后的所述前围板总成的有限元模型进行形貌优化分析；

S44、根据形貌优化的结果优化所述前围板总成结构。

3.根据权利要求2所述的白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，所述形貌优化为沟壑分布结构优化。

4.根据权利要求2所述的白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，

对步骤S42中的前围板总成的有限元模型进行拓扑优化分析时，模拟多种不同工况下所述前围板总成的受力情况。

5.根据权利要求2所述的白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，

对步骤S43中的前围板总成的有限元模型进行形貌优化分析时，模拟多种不同工况下所述前围板总成的受力情况。

6.根据权利要求1所述的白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，

所述梁单元序列按直线排列。

7.根据权利要求1所述的白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，所述上车身包括：顶盖板、顶盖加强梁、A柱、B柱和C柱，所述步骤S1包括：

S11、利用梁单元序列建立所述顶盖加强梁、所述A柱、所述B柱和所述C柱的概念模型；

S12、利用板壳单元建立所述顶盖板的概念模型；

S13、利用刚性杆单元建立所述顶盖板与所述顶盖加强梁的连接结构的概念模型。

8.根据权利要求7所述的白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，所述下车身包括：地板、地板加强梁、座椅横梁、后轮罩、搁物板、备胎舱、搁物板支撑架，所述步骤S2包括：

S21、利用梁单元序列建立所述地板加强梁、所述座椅横梁、所述搁物板支撑架的概念模型；

S22、利用板壳单元建立所述地板、所述后轮罩的概念模型；

S23、利用刚性杆单元建立所述地板与所述地板加强梁的连接结构、所述地板与所述座椅横梁的连接结构的概念模型；以及

S24、借用近似车型的相应位置的概念模型建立所述搁物板、所述备胎舱的概念模型。

9.根据权利要求8所述的白车身概念设计模型建立方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立所述A柱与所述顶盖板的接头部分结构、所述B柱与所述顶盖板的接头部分结构、所述C柱与所述顶盖板的接头部分结构的概念模型；

S32、利用刚性杆单元与梁单元序列连接相混合的结构建立所述A柱与所述地板的接头部分结构、所述B柱与所述地板的接头部分结构、所述C柱与所述地板的接头部分结构、所述后轮罩与所述搁物板支撑架的接头部分结构的概念模型。