CN107622161B - 一种客车结构优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种客车结构优化方法，本发明提供的客车结构优化方法可以将传统设计的客车整车重量降低30％，且整车的刚度提高20%，整车的应力分布均匀，无应力集中区域，在满足轻量化的要求下，提高整车的安全性能。同时，本发明的客车结构优化方法可以显著降低客车的整车开发周期，降低客车成本。
Description
技术领域
本发明涉及客车技术领域，尤其涉及一种客车结构优化方法。
背景技术
在客车的骨架设计中，客车的车身骨架与轿车不同，客车的车身结构主要由不同规格的方钢焊接而成。在设计时，传统的客车骨架设计主要依据设计经验，从而对工程师的专业技能水平提出了较高的要求。当需要对客车骨架结构进行修改时，需要通过试验进行验证，设计周期长。
因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种客车结构优化方法，以克服现有技术中存在的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供一种客车结构优化方法，其包括如下步骤：
S1、建立整车梁单元初始模型，对其进行模态分析，并与同类型车的模态进行对比；
S2、根据对比结果，建立拓扑壳单元模型，同时删除其中所有梁单元；
S3、基于所述拓扑壳单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况以及扭转工况；
S4、基于所述拓扑壳单元模型，定义拓扑优化的边界条件和目标函数；
S5、根据步骤S4的优化结果，对初始的拓扑壳单元模型进行修改，获得优化后的第一整车梁单元模型；
S6、按照整车参数配置表，将载荷作用到优化后的第一整车梁单元模型上；
S7、基于所述优化后的第一整车梁单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况以及扭转工况；
S8、定义尺寸优化的设计变量；
S9、根据定义的优化设计变量及设计规范，确定优化区域方钢规格，获得第二整车梁单元模型；
S10、建立整车的壳单元模型，并按照整车参数配置表，把载荷作用到壳单元模型上；
S11、基于所述整车的壳单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况、扭转工况、转向工况以及制动工况；
S12、对所述第二整车梁单元模型进行调整，确定最终结构优化方案。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S3中，所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度，将客车的载荷按照整车的设计质心，均匀地作用到车身上。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S3中，所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，载荷按照前后轮轴荷，在右前轮和左后轮位置施加对应轴荷力；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，载荷按照前后轮轴荷，在左前轮和右后轮位置施加对应轴荷力。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S7中，所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S7中，所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，释放右前轮和左后轮所有自由度；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，释放左前轮和右后轮所有自由度。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S11中，所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S11中，所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，释放右前轮和左后轮所有自由度，载荷为1g的重力；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，释放左前轮和右后轮所有自由度，载荷为1g的重力。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S11中，所述转向工况包括：约束所有轮胎平动自由度，载荷为1g的重力和侧向加0.3g的加速度。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S11中，所述制动工况包括：约束所有轮胎平动自由度，载荷为1g的重力和车辆前进方向加0.6g的加速度。
作为本发明的客车结构优化方法的改进，所述步骤S12具体包括：对所述第二整车梁单元模型进行应力分析，根据应力分析结果，对应力集中区域进行局部加强，或者调整斜撑的位置，确定最终结构优化方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的客车结构优化方法可以将传统设计的客车整车重量降低30％，且整车的刚度提高20%，整车的应力分布均匀，无应力集中区域，在满足轻量化的要求下，提高整车的安全性能。同时，本发明的客车结构优化方法可以显著降低客车的整车开发周期，降低客车成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的客车结构优化方法一具体实施方式的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明的客车结构优化方法包括如下步骤：
S1、建立整车梁单元初始模型，对其进行模态分析，并与同类型车的模态进行对比。
其中，进行与同类型车的模态进行对比，目的在于实现验证模型的有效性。
S2、根据对比结果，建立拓扑壳单元模型，同时删除其中所有梁单元。
S3、基于所述拓扑壳单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况以及扭转工况。
其中，所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度，将客车的载荷按照整车的设计质心，均匀地作用到车身上；所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，载荷按照前后轮轴荷，在右前轮和左后轮位置施加对应轴荷力；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，载荷按照前后轮轴荷，在左前轮和右后轮位置施加对应轴荷力。
S4、基于所述拓扑壳单元模型，定义拓扑优化的边界条件和目标函数。
S5、根据步骤S4的优化结果，对初始的拓扑壳单元模型进行修改，获得优化后的第一整车梁单元模型。
S6、按照整车参数配置表，将载荷作用到优化后的第一整车梁单元模型上。
S7、基于所述优化后的第一整车梁单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况以及扭转工况。
其中，所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度。所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，释放右前轮和左后轮所有自由度；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，释放左前轮和右后轮所有自由度。
S8、定义尺寸优化的设计变量。
其中，所述设计变量包括设计区域的所有梁单元的截面参数，包括宽、高以及厚度等。
S9、根据定义的优化设计变量及设计规范，确定优化区域方钢规格，获得第二整车梁单元模型。
S10、建立整车的壳单元模型，并按照整车参数配置表，把载荷作用到壳单元模型上。
S11、基于所述整车的壳单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况、扭转工况、转向工况以及制动工况。
其中，所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度。所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，释放右前轮和左后轮所有自由度，载荷为1g的重力；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，释放左前轮和右后轮所有自由度，载荷为1g的重力。所述转向工况包括：约束所有轮胎平动自由度，载荷为1g的重力和侧向加0.3g的加速度。所述制动工况包括：约束所有轮胎平动自由度，载荷为1g的重力和车辆前进方向加0.6g的加速度。
S12、对所述第二整车梁单元模型进行调整，确定最终结构优化方案。
其中，对所述第二整车梁单元模型进行调整具体包括：对所述第二整车梁单元模型进行应力分析，根据应力分析结果，对应力集中区域进行局部加强，或者调整斜撑的位置，然后进行强度校核，如符合强度要求，确定最终结构优化方案，否则继续调整。
综上所述，本发明的客车结构优化方法可以将传统设计的客车整车重量降低30％，且整车的刚度提高20%，整车的应力分布均匀，无应力集中区域，在满足轻量化的要求下，提高整车的安全性能。同时，本发明的客车结构优化方法可以显著降低客车的整车开发周期，降低客车成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种客车结构优化方法，其特征在于，所述客车结构优化方法包括如下步骤：
S1、建立整车梁单元初始模型，对其进行模态分析，并与同类型车的模态进行对比；
S2、根据对比结果，建立拓扑壳单元模型，同时删除其中所有梁单元；
S3、基于所述拓扑壳单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况以及扭转工况；
所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度，将客车的载荷按照整车的设计质心，均匀地作用到车身上，所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，载荷按照前后轮轴荷，在右前轮和左后轮位置施加对应轴荷力；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，载荷按照前后轮轴荷，在左前轮和右后轮位置施加对应轴荷力；
S4、基于所述拓扑壳单元模型，定义拓扑优化的边界条件和目标函数；
S5、根据步骤S4的优化结果，对初始的拓扑壳单元模型进行修改，获得优化后的第一整车梁单元模型；
S6、按照整车参数配置表，将载荷作用到优化后的第一整车梁单元模型上；
S7、基于所述优化后的第一整车梁单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况以及扭转工况；
S8、定义尺寸优化的设计变量；
S9、根据定义的优化设计变量及设计规范，确定优化区域方钢规格，获得第二整车梁单元模型；
S10、建立整车的壳单元模型，并按照整车参数配置表，把载荷作用到壳单元模型上；
S11、基于所述整车的壳单元模型，定义优化分析工况的弯曲工况、扭转工况、转向工况以及制动工况；
S12、对所述第二整车梁单元模型进行调整，确定最终结构优化方案。
2.根据权利要求1所述的客车结构优化方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度。
3.根据权利要求1所述的客车结构优化方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，释放右前轮和左后轮所有自由度；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，释放左前轮和右后轮所有自由度。
4.根据权利要求1所述的客车结构优化方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述弯曲工况包括：约束前轮胎接地点的所有平动自由度，约束后轮胎除行驶方向的所有平动自由度。
5.根据权利要求1所述的客车结构优化方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述扭转工况包括：约束左前轮右后轮的所有自由度，释放右前轮和左后轮所有自由度，载荷为1g的重力；或者，约束右前轮左后轮的所有自由度，释放左前轮和右后轮所有自由度，载荷为1g的重力。
6.根据权利要求1所述的客车结构优化方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述转向工况包括：约束所有轮胎平动自由度，载荷为1g的重力和侧向加0.3g的加速度。
7.根据权利要求1所述的客车结构优化方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述制动工况包括：约束所有轮胎平动自由度，载荷为1g的重力和车辆前进方向加0.6g的加速度。
8.根据权利要求1所述的客车结构优化方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：对所述第二整车梁单元模型进行应力分析，根据应力分析结果，对应力集中区域进行局部加强，或者调整斜撑的位置，确定最终结构优化方案。
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