CN109635402A - 一种汽车焊缝位置的布置方法 - Google Patents

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王希诚
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Abstract

本发明公开了一种汽车焊缝位置的布置方法，过程为：建立包含焊缝的系统结构的有限元模型；在所述有限元模型中对所述系统结构的相关工况进行参数设置，并确定相关工况的评价标准；确定所述系统结构相关工况拓扑优化的优化空间；根据所述相关工况参数、评价标准和拓扑优化的优化空间，确定焊缝布置优化的性能目标；根据所述性能目标，设置拓扑优化参数，并进行拓扑优化分析和有限元计算，得到优化后的焊缝布置位置。本发明通过上述方法，在对焊缝长度减少的同时，系统结构的相关性能较原设计均未下降，从而达到了降低成本的同时还精确的确定了焊缝布置的位置，从而达到优化产品质量、节约开发成本的目的。

Description

一种汽车焊缝位置的布置方法
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种汽车焊缝位置的布置方法。
背景技术
缝焊在汽车领域车身、底盘有着广泛的应用，除了一些桁架式车体结构采用满焊以外，主要是以分段焊为主，具体布置主要是参考现有焊接工艺以及工艺人员经验，焊缝的位置和长度定义缺乏明确的设计依据，易造成焊缝设计的过量或不足。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种汽车焊缝位置的布置方法，用以实现确定焊缝在车身、车架及底盘结构上的位置分布，以最低的成本发挥出最优的性能。
本发明采用的技术方案是：一种汽车焊缝位置的布置方法，建立包含焊缝的系统结构的有限元模型；在所述有限元模型中对所述系统结构的相关工况进行参数设置，并确定相关工况的评价标准；确定所述系统结构相关工况拓扑优化的优化空间；根据所述相关工况参数、评价标准和拓扑优化的优化空间，确定焊缝布置优化的性能目标；根据所述性能目标，设置拓扑优化参数，并进行拓扑优化分析和有限元计算，得到优化后的焊缝布置位置。
进一步地，还包括以下步骤：
(1)、在所述有限元模型中对所述系统结构的相关工况分别进行分析，获得优化前的所述系统结构的性能。
(2)、根据优化后的焊缝布置位置，建立优化后的所述系统结构的有限元模型，对优化后的所述系统结构的相关工况分别进行分析，获得优化后的所述系统结构的性能。
(3)、将优化后的所述系统结构的性能与优化前的所述系统结构的性能进行比较，判断优化后的所述系统结构性能是否优于优化前的所述系统结构性能；
(4)、若优化后的所述系统结构的性能低于优化前的所述系统结构的性能，则调整拓扑优化参数，重新进行拓扑优化分析和有限元计算，得到又一次优化后的焊缝布置位置，继续步骤(2)和(3)。
(5)、若优化后的所述系统结构的性能不低于优化前的所述系统结构的性能，则以优化后的焊缝布置位置为最终的焊缝布置位置。
进一步地，所述系统结构的相关工况包括根据该系统结构性能要求所需分析的模态、刚度和强度工况。
进一步地，定义所述系统结构上的所有焊缝单元为所述系统结构的相关工况拓扑优化的优化空间，所述焊缝单元为壳单元或实体单元。
进一步地，根据所述系统结构的相关工况参数、评价标准和相关工况拓扑优化的优化空间，将所述系统结构的模态频率、加载点变形量和最大应力作为所述焊缝布置优化的性能目标，并定义为拓扑优化的约束条件。
进一步地，所述焊缝布置优化的性能目标还包括拓扑优化的离散度参数，所述离散度参数的壳单元为0-2、实体单元为0-3。
进一步地，根据所述性能目标，进行拓扑优化分析和有限元计算，获取所述系统结构上受相关工况影响较大的焊缝位置，以受相关工况影响较大的焊缝位置作为优化后的焊缝布置位置。
更进一步地，所述受相关性能影响较大的焊缝位置是结构材料的密度值在大于0.3且小于1范围内的位置。
本发明通过在建立的系统结构有限元模型中，对系统结构的相关工况参数进行设定，并确定评价标准以及系统结构的优化空间，得到所述焊缝布置优化的性能目标，并进一步设定拓扑优化的目标函数、设计变量和约束条件，完成对焊缝布置的拓扑优化计算，得到优化后的结焊缝布置位置，并根据优化后的焊缝布置位置，重新建立了优化后的系统结构的有限元模型，并根据系统结构优化前后的性能分析结果的对比，最终确定优化后的焊缝布置位置。根据分析结果表明，在对焊缝长度的减少的同时，系统结构的相关性能较原设计均未下降，从而达到了降低成本的同时还精确的确定了焊缝布置的位置，从而达到优化产品质量、节约开发成本的目的。
附图说明
图1为本发明焊缝位置布置的流程图。
图2为本发明焊缝位置布置具体实施方式的的流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
如图1所示，本发明提供了一种汽车焊缝位置布置方法，过程为：建立包含焊缝的系统结构的有限元模型；在所述有限元模型中对所述系统结构的相关工况进行参数设置，并确定相关工况的评价标准；确定所述系统结构相关工况拓扑优化的优化空间；根据所述相关工况参数、评价标准和拓扑优化的优化空间，确定焊缝布置优化的性能目标；根据所述性能目标，设置拓扑优化参数，并进行拓扑优化分析和有限元计算，得到优化后的焊缝布置位置。
本发明通过上述方法，在对焊缝长度的减少的同时，系统结构的相关性能较原设计均未下降，从而达到了降低成本的同时还精确的确定了焊缝布置的位置，从而达到优化产品质量、节约开发成本的目的。
如图2所示，本发明一具体实施例中，焊缝布置位置包括以下步骤：
步骤1，建立包含焊缝的系统结构的有限元模型。
步骤2，在有限元模型中对系统结构的相关工况进行参数设置，该参数包括约束等边界条件和载荷的定义，并确定相关工况的评价标准。所述系统结构的相关工况(对工况含义进行解释)包括根据该系统结构性能要求所需分析的模态、刚度、强度分析工况等；所述有限元模型的建模方法、相关工况的参数和评价标准是根据各个企业内部制定的企业标准进行确定的。
步骤3，在所述有限元模型中对所述系统结构的相关工况分别进行分析(即利用有限元分析软件进行提交计算)，获得优化前的所述系统结构的性能，具体指前述的模态、刚度、强度等性能；
步骤4，确定所述系统结构的相关工况拓扑优化的优化空间，将前述系统结构上的所有焊缝单元确定为所述系统结构的相关工况拓扑优化的优化空间，并作为拓扑优化的设计变量即可应用；
步骤5，根据相关工况参数、评价标准和拓扑优化的优化空间，确定焊缝布置优化的性能目标。
确定性能目标的具体过程为：根据所述系统结构的相关工况参数、评价标准和相关工况拓扑优化的优化空间，将所述系统结构的模态频率、加载点变形量及最大应力作为所述焊缝布置优化的性能目标，如模态分析工况在性能目标即为模态频率，强度分析工况则为最大应力，刚度分析工况则为加载点或要求区域最大变形量，并定义为拓扑优化的约束条件，针对模态分析工况即是要求相关阶次的模态频率不低于某一数值，针对强度分析工况则为最大应力小于某一数值，针对刚度分析则为加载点或要求区域最大变形量小于某一数值，其作用是为了保证系统结构优化后性能要不低于优化前性能。
焊缝布置优化的性能目标还包括拓扑优化的离散度参数，离散度参数具体为各个变量取值之间的差异程度，如离散度参数中的壳单元为0-2、实体单元为0-3，壳单元和实体单元为有限元中常用的单元模拟方式，用以模拟焊缝。设置拓扑优化的离散度参数目的是为了消除优化结构中的棋盘格现象，对材料的密度值进行控制，使材料密度值向0和1两端聚集，获得更加明确的载荷传递路径和结构材料分布。
步骤6，根据所述性能目标，设置拓扑优化参数(包括目标函数、设计变量和约束条件)，并进行拓扑优化分析和有限元计算，得到优化后的焊缝布置位置。性能目标可作为优化的目标函数或约束条件，设计变量是发生改变从而提高性能的一组参数；目标函数是要求最优的设计性能，是关于设计变量的函数；约束条件是对设计的限制，是对设计变量和其他性能的要求。通过对上述的定义和设置进行有限元计算即可得到给定空间内最优的材料分布。具体过程为：根据所述性能目标，进行拓扑优化分析和有限元计算，获取所述系统结构上受相关工况影响较大的焊缝位置，以受相关工况影响较大的焊缝位置作为优化后的焊缝布置位置，所述受相关性能影响较大的焊缝位置是指对应结构材料的密度值在大于0.3且小于1范围内的位置。
步骤7，根据优化后的焊缝布置位置，建立优化后的所述系统结构的有限元模型；
步骤8，对优化后的所述系统结构的相关工况分别进行分析，获得优化后的所述系统结构的性能；
步骤9，将优化后的所述系统结构的性能与优化前的所述系统结构的性能进行比较，判断优化后的所述系统结构性能是否优于优化前的所述系统结构性能；
步骤10，若优化后的所述系统结构的性能低于优化前的所述系统结构的性能，则返回步骤6，调整拓扑优化参数，重新进行拓扑优化分析和有限元计算，得到又一次优化后的焊缝布置位置，继续步骤7-9。
步骤11，若优化后的所述系统结构的性能不低于优化前的所述系统结构的性能，则以优化后的焊缝布置位置为最终的焊缝布置位置。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种汽车焊缝位置的布置方法，其特征在于：建立包含焊缝的系统结构的有限元模型；在所述有限元模型中对所述系统结构的相关工况进行参数设置，并确定相关工况的评价标准；确定所述系统结构相关工况拓扑优化的优化空间；根据所述相关工况参数、评价标准和拓扑优化的优化空间，确定焊缝布置优化的性能目标；根据所述性能目标，设置拓扑优化参数，并进行拓扑优化分析和有限元计算，得到优化后的焊缝布置位置。
2.根据权利要求1所述的汽车焊缝位置的布置方法，其特征在于：还包括以下步骤：
(1)、在所述有限元模型中对所述系统结构的相关工况分别进行分析，获得优化前的所述系统结构的性能。
(2)、根据优化后的焊缝布置位置，建立优化后的所述系统结构的有限元模型，对优化后的所述系统结构的相关工况分别进行分析，获得优化后的所述系统结构的性能。
(3)、将优化后的所述系统结构的性能与优化前的所述系统结构的性能进行比较，判断优化后的所述系统结构性能是否优于优化前的所述系统结构性能；
(4)、若优化后的所述系统结构的性能低于优化前的所述系统结构的性能，则调整拓扑优化参数，重新进行拓扑优化分析和有限元计算，得到又一次优化后的焊缝布置位置，继续步骤(2)和(3)。
(5)、若优化后的所述系统结构的性能不低于优化前的所述系统结构的性能，则以优化后的焊缝布置位置为最终的焊缝布置位置。
3.根据权利要求1所述的汽车焊缝位置的布置方法，其特征在于：所述系统结构的相关工况包括根据该系统结构性能要求所需分析的模态、刚度和强度工况。
4.根据权利要求1所述的汽车焊缝位置的布置方法，其特征在于：定义所述系统结构上的所有焊缝单元为所述系统结构的相关工况拓扑优化的优化空间，所述焊缝单元为壳单元或实体单元。
5.根据权利要求1所述的汽车焊缝位置的布置方法，其特征在于：根据所述系统结构的相关工况参数、评价标准和相关工况拓扑优化的优化空间，将所述系统结构的模态频率、加载点变形量和最大应力作为所述焊缝布置优化的性能目标，并定义为拓扑优化的约束条件。
6.根据权利要求1所述的汽车焊缝位置的布置方法，其特征在于：所述焊缝布置优化的性能目标还包括拓扑优化的离散度参数，所述离散度参数的壳单元为0-2、实体单元为0-3。
7.根据权利要求1所述的汽车焊缝位置的布置方法，其特征在于：根据所述性能目标，进行拓扑优化分析和有限元计算，获取所述系统结构上受相关工况影响较大的焊缝位置，以受相关工况影响较大的焊缝位置作为优化后的焊缝布置位置。
8.根据权利要求7所述的汽车焊缝位置的布置方法，其特征在于：所述受相关性能影响较大的焊缝位置是结构材料的密度值在大于0.3且小于1范围内的位置。
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