CN115485688A - 车身的接合位置的最优化解析方法以及装置 - Google Patents

车身的接合位置的最优化解析方法以及装置 Download PDF

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Abstract

本发明的车身的接合位置的最优化解析方法是求出车身模型(31)中的部件组的接合所使用的追加的接合点或接合部的最优位置的方法，包括：通过频率响应解析求出车身模型(31)中产生的振动模式下的变形方式的步骤(S1)；与求出的振动模式下的变形方式对应地决定对车身模型(31)赋予的载荷条件的步骤(S3)；生成在成为将部件组接合的候补的位置设定了追加的接合候补(53)的最优化解析模型(51)的步骤(S7)；设定最优化解析条件的步骤(S9)；以及将在步骤(S3)中决定的载荷条件赋予最优化解析模型(51)而进行最优化解析，求出满足最优化解析条件的追加的接合候补(53)作为最优接合点(57)的步骤(S11)。

Description

车身的接合位置的最优化解析方法以及装置
技术领域
本发明涉及车身(automotive body)的接合位置(joining location)的最优化解析方法(optimized analysis method)以及最优化解析装置，特别涉及为了提高与汽车的车身的振动特性(vibration performance)相关的动态刚性(dynamic stiffness)而求出将车身中的部件组(parts assembly)接合的最优接合点(optimized joining point)或最优接合部(optimized joining portion)的车身的接合位置的最优化解析方法以及最优化解析装置。
背景技术
结构体(structure)的刚性(stiffness)的指标有静态刚性(static stiffness)和动态刚性。静态刚性根据胡克定律(Hooke's law)，与结构体的质量(mass)无关地，若弹簧常数(spring constant)增加，则静态刚性提高。与此相对，动态刚性在由于来自激振点(vibrating point)的周期性载荷(periodic load)的输入而结构体的形状周期性地变化的情况下，与其振动特性相关。例如1自由度系统(single-degree of freedom system)的振动中的动态刚性使用结构体的刚性K(在多自由度系统(multi-degree of freedomsystem)的振动的情况下相当于刚性矩阵)和结构体的质量M通过由ω＝(K/M)0.5表示的振动频率(frequency)ω来评价，若通过增加刚性K而使振动频率ω变高，则动态刚性提高。
但是，即便结构体的刚性K增加，如果质量M增加，则也存在振动频率ω不会变高的情况，在这种情况下，动态刚性不会提高。因此，为了提高动态刚性，使结构体轻量化(weight reduction)(质量M的降低)而提高刚性K是有效的。但是，通常若质量M增加，则刚性K也增加，因此，轻量化和使刚性K增加相反，同时实现双方是非常困难的。因此，为了使结构体的振动特性适当化而提高动态刚性，大多采用反复试验的应对。
近年来，特别是在汽车产业(automotive industry)中，由环境问题引起的车身的轻量化不断发展，在车身的设计中，基于计算机辅助工程(computer aided engineering)的解析(以下，称为“CAE解析”)成为不可或缺的技术。已知在该CAE解析中通过使用数理最优化(mathematical optimization)、板厚最优化(sheet thickness optimization)、形状最优化(shape optimization)、拓扑优化(topology optimization)等最优化技术来实现刚性的提高、轻量化，例如经常用于发动机缸体等铸件(casting)的结构最优化(structural optimization)。
在最优化技术中，特别是拓扑优化正在被关注。拓扑优化是如下方法：将某大小的设计空间(design space)设置于结构体，在该设计空间中嵌入立体要素(3D element)，满足所赋予的条件，并且保留所需最小限度的立体要素的部分，由此得到满足该条件的最优形状。因此，拓扑优化使用对构成设计空间的立体要素直接进行约束(restraint)并直接施加载荷的方法。作为与这样的拓扑优化相关的技术，在专利文献1中公开了用于复杂结构体的组件(component)的拓扑优化的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-250818号公报
发明内容
发明要解决的课题
已知车身那样的结构体通过将多个部件作为部件组而利用焊接(welding)等进行接合而形成，若增加作为部件组而接合的部位处的接合量(例如，点焊点(spot weldingpoint)的增加等)，则车身整体的刚性提高。但是，从成本的观点出发，希望尽可能减少接合量。
因此，为了提高车身的刚性，作为用于求出将部件彼此接合的接合位置(点焊点等焊接位置等)的方法，有通过经验、直觉等来决定接合位置的方法、通过应力解析(stressanalysis)将应力大的部位作为接合位置的方法。但是，在通过经验、直觉来决定接合位置的方法中，由于不是寻找为了提高刚性所需的位置来求出接合位置，因此，有时也将不需要的位置作为接合点，从成本方面出发，不得不说效率差。另外，在通过应力解析将应力大的部位作为接合位置的方法中，与通过该方法求出接合位置之前相比，虽然在车身的刚性上观察到变化，但只有作为接合位置的部位附近的刚性提高。但是，与此相反，其他部位的刚性相对降低的情况也很多，在作为车身整体进行评价时，通过该方法求出的接合位置未必是最优的。
另外，例如在将通过上述方法求出的接合位置设为点焊点的情况下，相邻的点焊点彼此的位置过近，则在焊接时，电流在先焊接的点焊点流动(分流(current shunt))，在接下来焊接的点焊点不流动足够的电流，导致焊接不良。
因此，考虑通过专利文献1中公开的最优化技术来求出最优的接合位置。但是，为了通过最优化技术提高车身的动态刚性，需要针对车身的振动的接合位置的最优化。但是，现有的专利文献1中公开的最优化技术是静态状态(static state)下的设计手段，并非将振动的车身作为最优化的对象，因此，无法直接使车身的接合位置最优化。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种为了提高与车身的振动特性相关的动态刚性而求出将车身中的部件组接合的接合点或接合部的最优位置的车身的接合位置的最优化解析方法以及最优化解析装置。
用于解决课题的方案
本发明的第一方式的车身的接合位置的最优化解析方法，针对具有由平面要素(2D element)以及/或者立体要素构成的多个部件且具有将该多个部件作为部件组而接合的接合点或接合部的汽车的车身模型，由计算机执行以下的各步骤，求出所述部件组的接合所使用的点接合(point joining)或连续接合(continuous joining)的最优位置，其中，所述车身的接合位置的最优化解析方法包括：频率响应解析步骤，在所述频率响应解析步骤中，对所述车身模型赋予规定的激振条件来进行频率响应解析(frequency responseanalysis)，求出所述车身模型中产生的振动模式(vibration mode)以及该振动模式下的变形方式(deformation state)；载荷条件决定步骤，在所述载荷条件决定步骤中，决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件(loadingcondition)；最优化解析模型生成步骤，在所述最优化解析模型生成步骤中，生成在所述车身模型中设定了成为将所述部件组接合的候补的接合候补(joining candidate)的最优化解析模型；最优化解析条件设定步骤，在所述最优化解析条件设定步骤中，设定用于进行该生成的最优化解析模型中的接合候补的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析步骤，在所述最优化解析步骤中，对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型，赋予在所述载荷条件决定步骤中决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的接合候补作为将各所述部件组接合的最优接合点或最优接合部。
本发明的第二方式的车身的接合位置的最优化解析方法，针对具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且具有将该多个部件作为部件组而接合的接合点或接合部的汽车的车身模型，由计算机执行以下的各步骤，求出所述部件组的接合所使用的点接合或连续接合的最优位置，其中，所述车身的接合位置的最优化解析方法包括：特征值解析步骤，在所述特征值解析步骤中，进行所述车身模型的特征值解析(eigenvalueanalysis)，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定步骤，在所述载荷条件决定步骤中，决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成步骤，在所述最优化解析模型生成步骤中，生成在所述车身模型中设定了成为将所述部件组接合的候补的接合候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定步骤，在所述最优化解析条件设定步骤中，设定用于进行该生成的最优化解析模型中的接合候补的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析步骤，在所述最优化解析步骤中，对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予在所述载荷条件决定步骤中决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的接合候补作为将各所述部件组接合的最优接合点或最优接合部。
本发明的第一方式的车身的接合位置的最优化解析装置，针对具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且具有将该多个部件作为部件组而接合的接合点或接合部的汽车的车身模型，求出所述部件组的接合所使用的点接合或连续接合的最优位置，其中，所述车身的接合位置的最优化解析装置具备：频率响应解析部，所述频率响应解析部对所述车身模型赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定部，所述载荷条件决定部决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成部，所述最优化解析模型生成部生成在所述车身模型中设定了成为将所述部件组接合的候补的接合候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定部，所述最优化解析条件设定部设定用于进行该生成的最优化解析模型中的接合候补的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析部，所述最优化解析部对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予由所述载荷条件决定部决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的接合候补作为将各所述部件组接合的最优接合点或最优接合部。
本发明的第二方式的车身的接合位置的最优化解析装置，针对具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且具有将该多个部件作为部件组而接合的接合点或接合部的汽车的车身模型，求出所述部件组的接合所使用的点接合或连续接合的最优位置，其中，所述车身的接合位置的最优化解析装置具备：特征值解析部，所述特征值解析部进行所述车身模型的特征值解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定部，所述载荷条件决定部决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成部，所述最优化解析模型生成部(unit)生成在所述车身模型中设定了成为将所述部件组接合的候补的接合候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定部，所述最优化解析条件设定部设定用于进行该生成的最优化解析模型中的接合候补的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析部，所述最优化解析部对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予由所述载荷条件决定部决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的接合候补作为将各所述部件组接合的最优接合点或最优接合部。
发明效果
根据本发明，能够为了提高与车身模型的振动特性相关的动态刚性而求出将部件组接合的点接合或连续接合的最优位置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的车身的接合位置的最优化解析装置的框图。
图2是表示在本实施方式中作为解析对象的车身模型中预先设定的接合点、在该车身模型中成为最优化的候补的追加的接合候补的侧视图以及立体图((a)：预先设定的接合点、(b)：追加的接合候补)。
图3是表示在本发明的实施方式中通过频率响应解析求出的振动模式下的车身模型的变形的情形的立体图((a)扭转模式(torsional mode)、(b)弯曲模式(bendingmode))。
图4是表示在本发明的实施方式中作为与通过频率响应解析求出的振动模式下的变形方式对应的载荷条件而选择的载荷条件的种类的图。
图5是表示在本发明的实施方式中，与通过频率响应解析求出的振动模式下的变形方式对应的车身模型的载荷条件和加载了该载荷条件的车身模型的变形的立体图((a)载荷条件、(b)车身模型的变形状态)。
图6是说明在本实施方式中成为最优化解析的对象的接合候补的生成和最优化解析中的最优接合点的选出的说明图((a)：在部件组上预先设定的接合点、(b)：追加的接合候补的生成、(c)：最优接合点的选出)。
图7是表示本发明的实施方式的车身的接合位置的最优化解析方法的处理流程的流程图。
图8是本发明的实施方式的另一方式的车身的接合位置的最优化解析装置的框图。
图9是表示本发明的实施方式的另一方式的车身的接合位置的最优化解析方法的处理流程的流程图。
图10是表示在本发明的实施方式的另一方式中通过特征值解析求出的振动模式下的车身模型的变形的情形的立体图((a)扭转模式、(b)弯曲模式)。
图11是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的侧视图以及立体图((a)200点、(b)400点)。
图12是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的侧视图以及立体图((a)600点、(b)1000点)。
图13是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的侧视图以及立体图((a)2000点、(b)4000点)。
图14是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的侧视图以及立体图(6000点)。
图15是表示在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的侧视图以及立体图((a)200点、(b)400点)。
图16是表示在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的侧视图以及立体图((a)600点、(b)1000点)。
图17是表示在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的侧视图以及立体图((a)2000点、(b)4000点)。
图18是表示在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的侧视图以及立体图(6000点)。
图19是表示设定了在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的最优化解析模型的频率响应的曲线图。
图20是表示设定了在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的最优化解析模型的频率响应的曲线图。
图21是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的接合点数与频率变化率(frequency change rate)之间的关系的曲线图。
图22是表示赋予与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件而被最优化的追加的最优接合点的接合点数与频率变化率之间的关系的曲线图。
图23是表示在与通过特征值解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优化接合点的接合点数与频率变化率之间的关系的曲线图。
图24是表示在与通过特征值解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的追加的最优接合点的接合点数与频率变化率之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，参照图1～图10对本发明的实施方式的车身的接合位置的最优化解析方法以及最优化解析装置进行说明。需要说明的是，在说明车身的接合位置的最优化解析方法以及最优化解析装置之前，对在本发明中作为对象的车身模型进行说明。
<车身模型>
在本发明中作为对象的车身模型由车身骨架部件(body frame parts)、底盘部件(chassis parts)等多个部件构成。图2(a)中作为一例表示的车身模型31的各部件使用平面要素以及/或者立体要素而模型化，在将这些各部件作为部件组而接合的部位预先设定有接合点以及/或者接合部。例如，在作为部件组而将部件彼此通过点焊接合而成的车身模型31中，如图2(a)所示，在被点焊的位置预先设定有接合点33。
本发明对载荷作用于车身模型31而产生的变形动作(deformation behavior)、振动动作(vibration behavior)等进行解析，因此，车身模型31中的各部件被模型化为弹性体(elastic material)或粘弹性体(viscoelastic material)或弹塑性体(elastoplasticmaterial)。而且，构成车身模型31的各部件的材料特性(material property)、要素信息(element information)、以及与各部件组中的接合点33(图2(a))等相关的信息存储在车身模型文件23(参照图1)中。
<车身的接合位置的最优化解析装置>
以下，对本发明的实施方式的车身的接合位置的最优化解析装置(以下简称为“最优化解析装置”)的结构进行说明。
如图1所示，本实施方式的最优化解析装置1由PC(个人计算机)等构成，具有显示装置(display device)3、输入装置(input device)5、存储装置(memory storage)7、作业用数据存储器(working data memory)9以及运算处理部11。而且，显示装置3、输入装置5、存储装置7以及作业用数据存储器9与运算处理部11连接，根据来自运算处理部11的指令执行各自的功能。
以下，以使用图2(a)所示的车身模型31，求出追加于车身模型31的预先设定的接合点33而接合部件组的最优接合点的情况为例，说明本实施方式的最优化解析装置1的各构成要素的功能。
《显示装置》
显示装置3用于解析结果等的显示，由液晶显示器(LCD monitor)等构成。
《输入装置》
输入装置5用于车身模型文件23的显示指示、操作者的输入等，由键盘、鼠标等构成。
《存储装置》
存储装置7用于车身模型文件23等各种文件的存储等，由硬盘等构成。
《作业用数据存储器》
作业用数据存储器9用于运算处理部11所使用的数据的临时保存、运算，由RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等构成。
《运算处理部》
如图1所示，运算处理部11具备频率响应解析部13、载荷条件决定部15、最优化解析模型生成部17、最优化解析条件设定部19以及最优化解析部21，由PC等的CPU(中央运算处理装置(central processing unit))构成。这些各部分通过CPU执行规定的程序而发挥功能。以下，对运算处理部11的各部分的功能进行说明。
(频率响应解析部)
频率响应解析部13对车身模型31赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出车身模型31中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式。
频率响应解析是指，求出表示对结构体赋予稳定的正弦波(sine wave)载荷所输入的激振条件时的该结构体的位移等响应的振动模式以及该振动模式下的变形方式的解析方法。在本实施方式中的频率响应解析的例子中，对车身模型31的左右的后悬架(rearsuspension)安装部赋予向车身上方向输入正弦波载荷的激振条件。
在图3中，作为一例，表示通过频率响应解析求出的振动模式即扭转模式以及弯曲模式各自中的车身模型31的变形的情形。在图3(a)所示的扭转模式中，车身模型31中的后侧(图中用虚线椭圆包围的部位)在左右沿车身上下方向反向地变形。另一方面，在图3(b)所示的弯曲模式中，车身模型31中的后侧(图中用虚线椭圆包围的部位)左右都向车身上方向变形。
需要说明的是，在频率响应解析部13的频率响应解析中赋予的激振条件并不限定于上述条件，只要根据作为对象的车身模型31的变形适当地赋予激振条件即可。
(载荷条件决定部)
载荷条件决定部15决定与由频率响应解析部13求出的振动模式下的变形方式对应的对车身模型31赋予的载荷条件(加载载荷的位置、方向、大小)。而且，振动模式下的变形方式例如可以是车身模型31的位移(displacement)总和成为最大的时刻处的车身模型31的变形。
在本实施方式中，由载荷条件决定部15决定的载荷条件从图4所示的8个载荷条件(a)～(h)中选择。需要说明的是，载荷的大小以外的这些载荷条件(a)～(h)是在车身模型31的刚性解析等中通常赋予的载荷条件。
图4所示的载荷条件(a)～(h)分别如下所述。
(a)前弯曲(front bending)：是在左右的前悬架安装部35的双方沿车身上方向(或车身下方向)加载相同朝向的载荷的载荷条件。
(b)前扭转(front torsion)：是在左右的前悬架安装部35的一方加载车身上方向的载荷，在另一方的前悬架安装部35加载车身下方向的载荷的载荷条件。
(c)后弯曲：是在左右的后悬架安装部37的双方沿车身上方向(或车身下方向)加载相同朝向的载荷的载荷条件。
(d)后扭转：是在左右的后悬架安装部37的一方加载车身上方向的载荷，在另一方的后悬架安装部37加载车身下方向的载荷的载荷条件。
(e)前单轮(front one wheel load)：是在左右的前悬架安装部35中的任一方加载车身上方向(或车身下方向)的载荷的载荷条件。
(f)前横向弯曲(front side bending)：是在前副车架安装部39加载车身宽度方向的载荷的载荷条件。
(g)后单轮(rear one wheel load)：是在左右的后悬架安装部37中的任一方加载车身上方向(或车身下方向)的载荷的载荷条件。
(h)后横向弯曲(rear side bending)：是在后副车架安装部41加载车身宽度方向的载荷的载荷条件。
作为表示赋予了这些载荷条件的车身模型31的变形的例子，在图5中表示对车身模型31赋予了后扭转和后弯曲的载荷条件时的变形。图5(a)表示对车身模型31赋予的载荷条件(加载载荷的位置、方向以及大小)，图5(b)是表示赋予载荷条件而在车身模型31产生的位移的总和(将车身前后方向、车身宽度方向以及车身上下方向的各方向的位移取平方(square)并取平方根(square root)而得到的值)的等值线图(contour diagram)。需要说明的是，省略了表示赋予了图4所示的其他载荷条件的车身模型31的变形的等值线图。
在施加后扭转(图5(a)(i))作为载荷条件的情况下，车身模型31的后侧在左右沿车身上下方向反向地变形(图5(b)(i))。因此，在由频率响应解析部13求出的振动模式为图3(a)所示的扭转模式的情况下，载荷条件决定部15选出图4(d)后扭转作为载荷条件。
另一方面，在施加后弯曲(图5(a)(ii))作为载荷条件的情况下，车身模型31的后侧左右都向车身上方向变形(图5(b)(ii))。因此，在由频率响应解析部13求出的振动模式为图3(b)所示的弯曲模式的情况下，载荷条件决定部15选出图4(c)后弯曲作为载荷条件。
这样，通过预先设定赋予了图4所示的各载荷条件时的车身模型31的变形的情形，载荷条件决定部15能够从这些载荷条件中选出与由频率响应解析部13求出的振动模式下的变形方式对应的对车身模型31赋予的载荷条件。
需要说明的是，由载荷条件决定部15决定的载荷条件不限于向图4所示的方向施加载荷，也可以向相反方向施加。例如图4(d)所示的后扭转的载荷条件也可以是对车身模型31的后侧的左右的后悬架安装部37(参照图5(a))分别向与图4(d)所示的载荷的方向在车身上下方向上相反的方向施加载荷的条件。
(最优化解析模型生成部)
如图2(b)所示，最优化解析模型生成部17设定向车身模型31追加的接合候补53，生成作为最优化解析的解析对象的最优化解析模型51。
最优化解析模型51中的接合候补53是通过图6所示的处理而生成的。
首先，如图6(a)所示，在车身模型31中，在将构成车身模型31的多个部件(未图示)接合而成的部件组55上以规定的间隔D预先设定接合点33。然后，如图6(b)所示，最优化解析模型生成部17在接合点33彼此之间以规定的间隔d(<D)密集地生成追加的接合候补53。
图2(b)表示在车身模型31中生成了接合候补53的最优化解析模型51。需要说明的是，在图2(b)所示的最优化解析模型51中，省略了预先设定于车身模型31的接合点33(图2(a))。
(最优化解析条件设定部)
最优化解析条件设定部19将由最优化解析模型生成部17生成的最优化解析模型51中设定的追加的接合候补53作为最优化的对象，设定用于进行最优化解析的最优化解析条件。
作为最优化解析条件，设定目标条件(objectives)和制约条件(constraints)这两种。目标条件是根据最优化解析的目标而设定的最优化解析条件，例如有使应变能(strain energy)最小、使吸收能(absorbed energy)最大而使产生应力(generatedstress)最小等。目标条件仅设定一个。制约条件是在进行最优化解析方面施加的制约，例如，存在使从将各部件接合后的车身模型31生成的最优化解析模型51具有规定的刚性的、追加的最优接合点(optimal joining point)的比例(或点数)等。制约条件能够设定多个。
(最优化解析部)
最优化解析部21将由载荷条件决定部15决定的载荷条件赋予最优化解析模型51而进行最优化解析，求出满足最优化解析条件的追加的接合候补53作为将各部件组接合的最优接合点。具体而言，在最优化解析模型51中的接合候补53中，选出满足由最优化解析条件设定部19设定的最优化解析条件(目标条件、制约条件)的追加的接合候补53作为最优接合点。
例如，在如图6(a)所示预先设定有接合点33的部件组55中，在将如图6(b)所示设定在接合点33彼此之间的追加的接合候补53作为最优化的对象的情况下，最优化解析部21如图6(c)所示选出满足最优化解析条件的接合候补53作为最优接合点57，将未被选出的接合候补53作为消除接合点(erasing joining point)59消除。
需要说明的是，在由最优化解析部21进行的最优化解析中，能够应用拓扑优化。而且，在拓扑优化中使用密度法(densimetry)时中间的密度多的情况下，优选如式(1)所示那样进行离散化。
[数学式1]
K′(ρ)＝ρpK (1)
其中，
K′：对要素的刚性矩阵施加惩罚后的刚性矩阵
K：要素的刚性矩阵
Ρ：标准化后的密度
p：惩罚系数
在离散化(discretization)中经常使用的惩罚(penalty)系数为2以上，但在本发明的接合位置的最优化中，惩罚系数优选为4以上。
需要说明的是，最优化解析部21可以进行基于拓扑优化的最优化处理，也可以进行基于其他计算方式的最优化处理。而且，作为最优化解析部21，例如能够使用市售的利用了有限元法(finite element method)的最优化解析软件。
另外，在由最优化解析部21进行的最优化解析中，考虑通过惯性释放法(inertiarelief method)在汽车行驶时作用的惯性力(inertia force)。惯性释放法是指在成为惯性力的坐标的基准的支承点支承有物体的状态(自由支承状态(free support))下，根据作用于等加速度运动(constant acceleration motion)中的物体的力求出应力、应变的解析方法，用于运动中的飞机、船的静态解析(static analysis)。
<车身的接合位置的最优化解析方法>
本发明的实施方式的车身的接合位置的最优化解析方法(以下简称为“最优化解析方法”)进行如下的最优化解析：对汽车的车身模型31(图2(a))求出用于部件组的接合且追加的点接合的最优位置，汽车的车身模型31具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件，且预先具有将该多个部件作为所述部件组而接合的接合点。如图7所示，该最优化解析方法包括频率响应解析步骤S1、载荷条件决定步骤S3、最优化解析模型生成步骤S5、最优化解析条件设定步骤S7以及最优化解析步骤S9。以下，对这些各步骤进行说明。需要说明的是，各步骤均由通过计算机构成的最优化解析装置1(图1)进行。
《频率响应解析步骤》
频率响应解析步骤S1是对车身模型31赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出车身模型31中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式的步骤，在图1所示的最优化解析装置1中由频率响应解析部13进行。
而且，作为频率响应解析中的激振条件的一例，在本实施方式中，对车身模型31的后悬架安装部37(参照图4(c))赋予向车身上方向输入正弦波载荷的激振条件。
需要说明的是，在频率响应解析步骤S1中的频率响应解析中赋予的激振条件并不限定于上述条件，只要根据作为对象的车身模型31的变形适当地赋予激振条件即可。
《载荷条件决定步骤》
载荷条件决定步骤S3是与在频率响应解析步骤S1中求出的振动模式下的变形方式对应地决定对车身模型31赋予的载荷条件(加载载荷的位置、方向、大小)的步骤，在图1所示的最优化解析装置1中由载荷条件决定部15进行。
在本实施方式的最优化解析方法中，载荷条件决定步骤S3从图4所示的8个载荷条件(a)～(h)中选出一个或多个载荷条件。当然，载荷条件决定步骤S3也可以适当变更输入到车身模型31的载荷的位置(前悬架安装部35、后悬架安装部37等)、载荷的方向以及大小，从而决定能够将在频率响应解析步骤S1中求出的振动模式下的变形方式更好地赋予车身模型31的载荷条件。
《最优化解析模型生成步骤》
如图2(b)所示，最优化解析模型生成步骤S5是设定成为将车身模型31的部件作为部件组而接合的候补的追加的接合候补53，生成作为最优化解析的解析对象的最优化解析模型51的步骤，在图1所示的最优化解析装置1中由最优化解析模型生成部17进行。
在本实施方式中，最优化解析模型生成步骤S5通过图6所示的步骤生成最优化解析模型51中的追加的接合候补53。
《最优化解析条件设定步骤》
最优化解析条件设定步骤S7是设定最优化解析条件的步骤，该最优化解析条件用于进行将在最优化解析模型生成步骤S5中生成的最优化解析模型51中设定的追加的接合候补53作为最优化的对象的最优化解析，在图1所示的最优化解析装置1中由最优化解析条件设定部19进行。而且，作为最优化解析条件，如上所述，设定目标条件和制约条件。
《最优化解析步骤》
最优化解析步骤S9是如下的步骤：将在载荷条件决定步骤S3中决定的载荷条件赋予最优化解析模型51而进行最优化解析，求出满足在最优化解析条件设定步骤S7中设定的最优化解析条件的追加的接合候补53，作为将各部件组接合的最优接合点，在图1所示的最优化解析装置1中由最优化解析部21进行。
作为在最优化解析步骤S9中求出最优接合点的步骤，在将图6(b)所示的追加的接合候补53作为最优化的对象的情况下，如图6(c)所示，选出满足最优化解析条件的追加的接合候补53作为最优接合点57，将未被选出的接合候补53作为消除接合点59消除。
在最优化解析步骤S9中的最优化解析中，能够应用拓扑优化。并且，在拓扑优化中应用密度法的情况下，优选将要素的惩罚系数的值设定为4以上来进行离散化。
并且，在最优化解析中，作用于车身模型31的惯性力使用惯性释放法来考虑。
如上所述，根据本实施方式的车身的接合位置的最优化解析方法以及最优化解析装置，在具有将多个部件作为部件组而预先接合的接合点33的汽车的车身模型31中(图2)，决定与车身模型31的振动模式下的变形方式对应的载荷条件，赋予该决定的载荷条件而求出在车身模型31中设定的追加的最优的接合点或接合部。由此，能够为了提高车身模型31的动态刚性而求出将所述部件组接合的接合点或接合部的最优位置。
另外，上述本实施方式的车身的接合位置的最优化解析方法以及最优化解析装置通过频率响应解析求出车身模型中产生的振动模式下的变形方式，但作为本实施方式的其他方式，可举出代替频率响应解析而通过特征值解析求出车身模型中产生的振动模式下的变形方式的方式。
特征值解析是指求出作为结构体所具有的振动特性的固有振动频率、固有模式(振动模式)的解析方法。而且，在特征值解析中，不需要激振条件(输入载荷)就能够求出振动模式下的变形方式。
图8表示本实施方式的另一方式的最优化解析装置61的框图(block diagram)。最优化解析装置61的运算处理部63具有进行车身模型31的特征值解析的特征值解析部65来代替最优化解析装置1(图1)的运算处理部11中的频率响应解析部13，特征值解析部65以外的构成要素分别具有与上述最优化解析装置1的频率响应解析部13以外的构成要素相同的功能。
进而，图9表示本实施方式的另一方式的最优化解析方法中的处理流程。图9中的特征值解析步骤S11以外的各步骤分别进行与上述图7所示的频率响应解析步骤S1以外的各步骤相同的处理。
在这样的本实施方式的另一方式的车身的接合位置的最优化解析方法以及最优化解析装置中，如图10所示，也能够通过特征值解析求出车身模型31中产生的振动模式即扭转模式和弯曲模式。
接着，与通过特征值解析求出的振动模式下的变形方式对应地决定对车身模型31赋予的载荷条件，将该决定的载荷条件赋予最优化解析模型51(图2(b))而进行最优化解析，由此，能够求出车身模型31中的部件组的追加的最优接合点。
另外，上述说明是求出对预先设定于车身模型31的接合点33追加的最优接合点的说明，但本发明也可以从预先设定于车身模型31的接合点33中针对各部件组选出至少一个以上、优选为四个以上的接合点作为固定点，除了在预先设定的接合点之间密集地生成的接合候补之外，还包含未被选出作为固定点的接合点作为最优化的对象来进行最优化解析，求出将各部件组接合的最优接合点。在该情况下，能够以更少的接合点的点数求出满足规定的动态刚性的点接合的位置。
并且，在上述说明中，将通过点焊作为部件组而接合的接合点作为对象，但本发明并不限于求出基于点焊的点接合的位置的情况，也能够应用于通过将通过激光焊接、电弧焊接等连续接合将部件组接合的接合部作为最优化的对象来求出最优接合部，从而求出基于连续接合的最优的接合位置的情况。
【实施例】
以下，由于进行了确认本发明的效果的解析，因此，对此进行说明。在本实施例中，如图2(a)所示，以预先设定有将多个部件作为部件组而接合的接合点33的车身模型31为对象，通过最优化解析求出追加于接合点33而接合的最优接合点。
首先，对车身模型31进行频率响应解析以及特征值解析，求出车身模型31中产生的振动模式。在本实施例中，在频率响应解析以及特征值解析中，作为振动模式，均为扭转模式(参照图3(a)以及图10(a))以及弯曲模式(参照图3(b)以及图10(b))。
接着，决定与弯曲模式以及扭转模式各自的变形方式对应的对车身模型31赋予的载荷条件(加载载荷的位置、方向、大小)。在载荷条件的决定中，从图4所示的8个载荷条件中，对于扭转模式选出后扭转(图4(d))的载荷条件，对于弯曲模式选出后弯曲(图4(c))的载荷条件。
接着，在车身模型31中追加设定接合候补53而生成最优化解析模型51。在接合候补53的设定中，在预先设定于车身模型31的接合点33之间以规定的间隔(10mm)密集地生成。
接着，对最优化解析模型51分别设定目标条件和制约条件作为最优化解析条件。在本实施例中，目标条件为柔度(compliance)的最小化(刚性的最大化)，制约条件为残留的接合点的点数。
接着，在所赋予的最优化解析条件下，将最优化解析模型51的追加的接合候补53作为最优化的对象进行最优化解析，求出最优接合点。在本实施例中，将追加的最优接合点的点数设为200点、400点、600点、1000点、2000点、4000点以及6000点。另外，在最优化解析中，考虑了通过惯性释放法作用于最优化解析模型51的惯性力。图11～图14表示赋予与通过频率响应解析求出的振动模式即扭转模式下的变形方式对应的载荷条件并进行最优化解析而求出的最优接合点57的结果。另外，图15～图18表示赋予与通过频率响应解析求出的振动模式即弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件并进行最优化解析而求出的最优接合点57的结果。在赋予了与扭转模式以及弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件的情况下的任一情况下，都根据最优接合点57的点数求出追加到车身模型31中的点接合的最优位置。
进而，对设定了最优接合点57的最优化解析模型51进行频率响应解析以及特征值解析，求出最优化解析模型51的频率响应和追加了最优接合点57所引起的振动特性(vibration characteristics)的变化。
在最优化解析模型51的频率响应解析中，对后悬架安装部(与图5(a)所示的车身模型31中的后悬架安装部37相同的位置)赋予在车身上下方向上输入正弦波载荷的激振条件。
作为频率响应的结果的一例，图19以及图20表示变更了最优接合点57的点数的最优化解析模型51的频率响应的结果。
图19是设定了最优接合点57的最优化解析模型51中的结果，该最优接合点57通过赋予了与通过频率响应解析求出的扭转模式(图3(a))中的变形方式对应的载荷条件的最优化解析而得到。另外，图20是设定了最优接合点57的最优化解析模型51中的结果，该最优接合点57通过赋予了与通过频率响应解析求出的弯曲模式(图3(b))中的变形方式对应的载荷条件的最优化解析而求出。
另外，在图19以及图20中，横轴是在频率响应解析中在最优化解析模型51中产生的振动的频率(Hz)，纵轴是在最优化解析模型51中产生的振动的加速度等级(acceleration level)(dB)，这些图中的“基本”是不设定最优接合点而仅设定了接合点33的车身模型31(图2(a))的结果。
在图19以及图20所示的频率响应中，第一峰值是扭转模式的频率，第二峰值是弯曲模式的振动中的频率。而且，在赋予了与扭转模式以及弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件的情况下的任一情况下，通过增加最优接合点57的点数，与原来的车身模型31相比，扭转模式或弯曲模式的频率变高。这表示通过在最优接合点57的位置追加接合点，在车身产生的振动的频率变高，动态刚性提高。
进而，对最优化解析模型51中设定的最优接合点57的点数与扭转模式和弯曲模式各自的频率的关系进行了研究。在图21以及图22中，赋予与通过频率响应解析求出的扭转模式以及弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件，进行最优化解析而设定最优接合点57，表示最优化解析模型51的频率响应中的扭转模式和弯曲模式的频率变化率的结果。
在图21以及图22中，横轴是在最优化解析模型51中追加的最优接合点57的点数。另外，图21以及图22的纵轴是以原来的车身模型31为基准的最优化解析模型51中的扭转模式以及弯曲模式的频率变化率。
同样地，在图23以及图24中，设定赋予与通过特征值解析求出的扭转模式以及弯曲模式各自的变形方式对应的载荷条件并进行最优化解析而求出的最优接合点57，表示最优化解析模型51的频率响应中的扭转模式和弯曲模式的频率变化率的结果。图23以及图24中的横轴和纵轴与上述图21以及图22相同。
如图21以及图22、图23以及图24所示，随着最优接合点57的点数增加，频率变化率提高。因此，对于车身的动态刚性的提高，通过在最优接合点57的位置追加接合点而得到了效果。另外，成为追加的接合点的点数越增加则其效果越饱和的结果。
工业实用性
根据本发明，能够提供为了提高与车身的振动特性相关的动态刚性而求出将车身中的部件组接合的接合点或接合部的最优位置的车身的接合位置的最优化解析方法以及最优化解析装置。
附图标记说明
1 最优化解析装置
3 显示装置
5 输入装置
7 存储装置
9 作业用数据存储器
11 运算处理部
13 频率响应解析部
15 载荷条件决定部
17 最优化解析模型生成部
19 最优化解析条件设定部
21 最优化解析部
23 车身模型文件
31 车身模型
33 接合点
35 前悬架安装部
37 后悬架安装部
39 前副车架安装部
41 后副车架安装部
51 最优化解析模型
53 接合候补
55 部件组
57 最优接合点
59 消除接合点
61 最优化解析装置
63 运算处理部
65 特征值解析部

Claims (4)

1.一种车身的接合位置的最优化解析方法，针对具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且具有将该多个部件作为部件组而接合的接合点或接合部的汽车的车身模型，由计算机执行以下的各步骤，求出所述部件组的接合所使用的点接合或连续接合的最优位置，其中，所述车身的接合位置的最优化解析方法包括：
频率响应解析步骤，在所述频率响应解析步骤中，对所述车身模型赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；
载荷条件决定步骤，在所述载荷条件决定步骤中，决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；
最优化解析模型生成步骤，在所述最优化解析模型生成步骤中，生成在所述车身模型中设定了成为将所述部件组接合的候补的接合候补的最优化解析模型；
最优化解析条件设定步骤，在所述最优化解析条件设定步骤中，设定用于进行该生成的最优化解析模型中的接合候补的最优化解析的最优化解析条件；以及
最优化解析步骤，在所述最优化解析步骤中，对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予在所述载荷条件决定步骤中决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的接合候补作为将各所述部件组接合的最优接合点或最优接合部。
2.一种车身的接合位置的最优化解析方法，针对具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且具有将该多个部件作为部件组而接合的接合点或接合部的汽车的车身模型，由计算机执行以下的各步骤，求出所述部件组的接合所使用的点接合或连续接合的最优位置，其中，所述车身的接合位置的最优化解析方法包括：
特征值解析步骤，在所述特征值解析步骤中，进行所述车身模型的特征值解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；
载荷条件决定步骤，在所述载荷条件决定步骤中，决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；
最优化解析模型生成步骤，在所述最优化解析模型生成步骤中，生成在所述车身模型中设定了成为将所述部件组接合的候补的接合候补的最优化解析模型；
最优化解析条件设定步骤，在所述最优化解析条件设定步骤中，设定用于进行该生成的最优化解析模型中的接合候补的最优化解析的最优化解析条件；以及
最优化解析步骤，在所述最优化解析步骤中，对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予在所述载荷条件决定步骤中决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的接合候补作为将各所述部件组接合的最优接合点或最优接合部。
3.一种车身的接合位置的最优化解析装置，针对具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且具有将该多个部件作为部件组而接合的接合点或接合部的汽车的车身模型，求出所述部件组的接合所使用的点接合或连续接合的最优位置，其中，所述车身的接合位置的最优化解析装置具备：
频率响应解析部，所述频率响应解析部对所述车身模型赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；
载荷条件决定部，所述载荷条件决定部决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；
最优化解析模型生成部，所述最优化解析模型生成部生成在所述车身模型中设定了成为将所述部件组接合的候补的接合候补的最优化解析模型；
最优化解析条件设定部，所述最优化解析条件设定部设定用于进行该生成的最优化解析模型中的接合候补的最优化解析的最优化解析条件；以及
最优化解析部，所述最优化解析部对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予由所述载荷条件决定部决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的接合候补作为将各所述部件组接合的最优接合点或最优接合部。
4.一种车身的接合位置的最优化解析装置，针对具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且具有将该多个部件作为部件组而接合的接合点或接合部的汽车的车身模型，求出所述部件组的接合所使用的点接合或连续接合的最优位置，其中，所述车身的接合位置的最优化解析装置具备：
特征值解析部，所述特征值解析部进行所述车身模型的特征值解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；
载荷条件决定部，所述载荷条件决定部决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；
最优化解析模型生成部，所述最优化解析模型生成部生成在所述车身模型中设定了成为将所述部件组接合的候补的接合候补的最优化解析模型；
最优化解析条件设定部，所述最优化解析条件设定部设定用于进行该生成的最优化解析模型中的接合候补的最优化解析的最优化解析条件；以及
最优化解析部，所述最优化解析部对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予由所述载荷条件决定部决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的接合候补作为将各所述部件组接合的最优接合点或最优接合部。
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