CN116776692B - 转向节设计优化方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种转向节设计优化方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；基于第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；基于主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计；基于初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计。该方法利用拓扑优化完成主体结构设计、针对外轮廓的初次优化和针对内轮廓的二次结构设计，能够更加精准和全面地指导转向节的正向开发设计，使得设计更加系统和全面。
Description
技术领域
本公开涉及汽车零部件技术领域，尤其涉及一种转向节设计优化方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
转向节作为汽车悬架的关键零部件之一，用于集成连接各控制臂、轮毂、驱动轴、制动卡钳、定位卡钳等，转向节往往是复杂的空间构造，一方面转向节需要承担和传力需要具备足够的刚度、另一方面在交变载荷作用下，转向节需要具备足够的强度和耐久性。
相关技术中，转向节通常是根据经验进行设计，后续再进行性能验证。设计不够系统和全面，且无法全面指导正向开发。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种转向节设计优化方法、装置、电子设备及存储介质。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种转向节设计优化方法，包括：
获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；其中，所述拓扑域分析模型包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型；
基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；
基于所述主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计；
基于所述初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计。
可选地，所述获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，包括：
获取转向节的多个刚度工况；其中，所述刚度工况包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度、转向节侧倾刚度和卡钳弯曲刚度；
基于所述第一拓扑域和多个转向节的刚度工况构建多个拓扑分析模型。
可选地，所述获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，还包括：
确定转向节的控制臂侧和副车架侧的硬点位置；
根据硬点位置和整车轴荷运动学分析计算运动包络空间；
确定转向节相关件的预留空间；
根据所述运动包络空间和所述预留空间确定第一拓扑域。
可选地，所述基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计，包括：
设定第一拓扑域的弹性模量为第一弹性模量，其中第一弹性模量小于实际材料弹性模量；
建立包括主运算模型和子运算模型的并行优化模型；
定义子运算模型的设计变量和第一预设性能目标，其中，设计变量为第一拓扑域；优化目标为体积分数最小，用每个拓扑分析模型的性能值大于第一设计目标值；
根据并行优化模型拓扑优化获得关键传力路径，并根据关键传力路径进行主体结构设计。
可选地，所述基于所述主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计，包括：
根据主体结构设计建立有限元实体网格；
根据拔模方向将有限元实体网格划分为多个不同的属性组，多个所述属性组形成第二拓扑域；其中，同一所述属性组沿同一方向法向拔模；
设定所述第二拓扑域的弹性模量为第二弹性模量，其中，所述第二弹性模量小于实际材料弹性模量且大于所述第一弹性模量；
定义子运算模型的设计变量和和第二预设性能目标，其中，所述设计变量为第二拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第二设定目标值；
根据并行优化模型拓扑优化主体结构设计以获得初次优化设计。
可选地，所述基于所述初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计，包括：
根据初次优化设计建立有限元实体网格，形成第三拓扑域；
设定第三拓扑域的弹性模量为第三弹性模量，其中，所述第三弹性模量为实际材料弹性模量；
定义子运算模型的设计变量和第三预设性能目标，其中，所述设计变量为第三拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第三设定目标值；
根据并行优化模型拓扑优化初次优化设计以获得二次优化设计。
可选地，所述方法还包括：
根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计。
可选地，所述根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计，包括：
根据所述二次优化设计建立有限元网格模型；
基于有限元网格模型和各刚度工况构建第一分析模型；
根据第一分析模型进行刚度仿真分析；
根据刚度分析结果构建第一优化区域；
基于所述第一优化区域、第一优化条件和第一优化方式优化转向节的形状以获得第一优化结构设计。
可选地，所述根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计，还包括：
根据所述第一优化结构设计建立有限元网格模型；
基于有限元网格模型和刚度工况构建第二分析模型；
根据第二分析模型进行强度仿真分析；
根据强度分析结果构建第二优化区域；
基于所述第二优化区域、第二优化条件和第二优化方式转向节的形状以获得第二优化结构设计。
可选地，第一优化条件包括：
设计变量：第一优化区域，变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大或缩放，采用GROW/SHINK模式，使得结构适当局部增强或减弱；
约束条件：Pib1≥PiL1，其中，Pib1为刚度仿真分析中的刚度应力值；PiL1为刚度性能目标值；
优化目标：体积最小；
第一优化方式为采用FreeShape优化方式；
第二优化条件包括：
设计变量：第二优化区域，变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大，采用GROW模式，使得结构适当局部增强；
约束条件：Pib2＜PiL2，其中，Pib2为强度仿真分析中的强度应力值；PiL2为强度性能目标值；
优化目标：体积最小；
第二优化方式为采用FreeShape优化方式。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种转向节设计优化装置，包括：
第一获取模块，被配置为获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；其中，所述拓扑域分析模型包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型；
第一拓扑模块，被配置为基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；
第二拓扑模块，被配置为基于所述主体结构设计、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计；
第三拓扑模块，被配置为基于所述初次优化设计、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行本公开第一方面所提供的转向节设计优化方法的步骤。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现本公开第一方面所提供的转向节设计优化方法的步骤。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过上述技术方案，即本公开的转向节设计优化方法，通过获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，并在第一拓扑域内基于多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；再根据主体结构设计重新建立拓扑域，并基于第二预设性能目标拓扑优化转向节的外轮廓，以获得转向节的初次优化设计；再根据初次优化设计重新建立拓扑域，并基于第三预设性能目标拓扑优化转向节的内轮廓，以获得转向节的二次优化设计。本公开的设计优化方法，能够在转向节的设计阶段，基于多个刚度工况建立多刚度拓扑分析模型，利用拓扑优化完成主体结构设计、针对外轮廓的初次优化和针对内轮廓的二次结构设计，能够更加精准和全面地指导转向节的正向开发设计，使得设计更加系统和全面。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种转向节设计优化方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种转向节设计优化装置的框图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于执行转向节设计优化方法的装置的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。
图1是根据一示例性实施例示出的一种转向节设计优化方法的流程图，如图1所示，转向节设计优化方法包括步骤S110至步骤S140。
在步骤S110中，获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；其中，所述拓扑域分析模型包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型。
拓扑域分析模型可以是基于第一拓扑域和刚度工况建立的，其中，第一拓扑域是结构工程师根据转向节在整车中的位置获得的可行性设计空间的基础上构建的，例如，可以是在转向节的可行性设计空间内减去轴荷的运动包络空间和对手件的占用空间后得到，然后设计工程师将该可行性设计空间建模为封闭的实体几何数据，CAE工程师对实体几体数据建模为有限元3D实体网格作为第一拓扑域。
转向节的刚度工况包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度、转向节侧倾刚度和卡钳弯曲刚度，基于上述三个刚度工况再结合第一拓扑域构建转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型，用以实现拓扑优化过程中的多模型拓扑，更加符合转向节的设计工况，提高设计的全面性、合理性和准确性。
在步骤S120中，基于第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计。
其中，第一预设性能目标是预先设定的，该第一预设性能目标可以是根据经验设定的，也可以是根据相同类型的车型统计得出的。另外，不同的拓扑域分析模型可以设定不同的性能目标，优化时每个模型的性能可以定义为大于等于第一预设性能。需要说明的是，优化过程中，还可以设定优化目标，例如，可以以最小体积为优化目标，利于缩小设计空间和轻量化。
在步骤S130中，基于主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计。
根据步骤S120中通过拓扑优化得到的转向节的主体结构设计包含了部分不必要或者不敏感的结构成分，这时，将该转向切的主体结构设计建模为有限元3D实体网格以形成新的拓扑域，结合多个拓扑分析模型，并在第二预设性能目标下对转向节的外轮廓进行拓扑优化，其中，拓扑优化可以增加多向拔模的制造约束，根据工艺特征设置沿法向单向拔模或者双向拔模工艺约束，基于该新的拓扑域建立对应的转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑分析模型、转向节侧倾刚度拓扑分析模型、卡钳弯曲刚度拓扑分析模型。同样开展多模型拓扑优化，以去除主体结构设计中的冗余特征，例如，可以将冗余特征做通孔、沉槽或者修剪处理，以获得转向节的初次优化设计。
另外，第二预设性能目标可以是预先设定的，例如，即模型计算性能与经验性能目标较小者作为该次拓扑优化的优化目标值。其中，模型计算性能可以是针对不同刚度工况构建的模型仿真分析得出的，将该模型计算性能与经验性能目标比较，取两者中较小的作为性能约束目标值。
在步骤S140中，基于初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计。
在步骤S130对外轮廓优化的基础上，需要对转向节的内轮廓再次优化，具体地，可以将该转向切的初次优化设计建模为有限元3D实体网格以形成新的拓扑域，结合多个拓扑分析模型，并在第三预设性能目标下对转向节的外轮廓进行拓扑优化，其中，拓扑优化过程中不设定制造约束，基于该新的拓扑域建立对应的转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑分析模型、转向节侧倾刚度拓扑分析模型、卡钳弯曲刚度拓扑分析模型。同样开展多模型拓扑优化，根据冗余结构的分布特征，结合铸造工艺的可行性，设计工程师和工艺工程师共同参与，将转向节设计为存在一定壁厚，冗余部分做成中空的转向节结构，以获得内轮廓拓扑优化的转向节的二次优化设计。
通过上述技术方案，即本公开的转向节设计优化方法，通过获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，并在第一拓扑域内基于多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；再根据主体结构设计重新建立拓扑域，并基于第二预设性能目标拓扑优化转向节的外轮廓，以获得转向节的初次优化设计；再根据初次优化设计重新建立拓扑域，并基于第三预设性能目标拓扑优化转向节的内轮廓，以获得转向节的二次优化设计。本公开的设计优化方法，能够在转向节的设计阶段，基于多个刚度工况建立多刚度拓扑分析模型，利用拓扑优化完成主体结构设计、针对外轮廓的初次优化和针对内轮廓的二次结构设计，能够更加精准和全面地指导转向节的正向开发设计，使得设计更加系统和全面。
在又一实施例中，所述获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型的步骤，包括：
获取转向节的多个刚度工况；其中，所述刚度工况包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度、转向节侧倾刚度和卡钳弯曲刚度。
基于所述第一拓扑域和多个转向节的刚度工况构建多个拓扑分析模型。
首先可以建立转向节的仿真分析工况
1)转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度
模型内容：建立转向节体网格模型，二阶单元划分。在球铰、衬套等硬点位置，基于转向节模型建立rbe2单元，rbe2主点位置为硬点位置。此时的模型不包含轴套、卡钳。
边界及加载：约束轮芯1-6自由度；分别加载1000N的力在控制臂接附点和卡钳安装点，方向为整车Y向(车辆的宽度方向)。
2)转向节侧倾刚度
模型内容：在步骤1)模型基础上，增加轴套和卡钳子模型，通过rbe2装配为一个整体；同时创建一个rbe2单位，连接轮心和轮胎接地点，此时创建的模型为侧倾刚度模型。
边界及加载：约束顶部空气弹簧位置1-3自由度、约束控制臂2自由度、约束下控制臂1-2自由度；在轮心接地点位置加载1000N力，方向为整车Y向(车辆的宽度方向)。
3)卡钳弯曲刚度
模型内容：在步骤1)模型基础上，基于卡钳2个安装点位置创建辅助平面、辅助平面垂直于轴套接触面，从卡钳2个安装点沿辅助平面法向方向偏移100mm创建两个新位置点，建立rbe2单元连接新位置点与对应的卡钳安装点，得到卡钳弯曲刚度模型；
边界及加载：约束轮芯1-6自由度；分别加载1000N的力在新位置点，方向为整车Y向(车辆的宽度方向)。
以上基于转向节数据的刚度工况模型、边界与加载方法显著差异，铸造转向节正向结构设计是一个基于多模型多工况多性能约束下的设计优化问题，而本公开的实施例充分考虑了转向节的多个刚度工况，在第一拓扑域的基础上结合上述多个刚度工况构建多个拓扑分析模型，然后再通过拓扑优化进行正向设计，更加接近实现工况，提高设计优化的准确性。
在又一实施例中，所述获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，还包括：
确定转向节的控制臂侧和副车架侧的硬点位置。
根据硬点位置和整车轴荷运动学分析计算运动包络空间。
确定转向节相关件的预留空间。
根据所述运动包络空间和所述预留空间确定第一拓扑域。
第一拓扑域是考虑转向节在整车的位置和对手件后进行构建的，其中，根据行驶性能四轮定位参数的性能需求，确定转向节在控制臂侧和副车架侧的运动硬点位置。根据所定义的硬点位置，通过分解的整车轴荷进行运动学分析，计算得到悬架控制臂的运动包络空间，收集相关件(或对手件)如制动卡钳、定位卡钳等的初步概念数模或初定的预留空间；转向节的设计空间除去运动包络空间和预留空间，构造出概念可行设计空间，设计工程师将概念可行设计空间建模为封闭的实体几何数据，CAE工程师对实体几何数据建模为有限元3D实体网格，作为第一拓扑域，基于第一拓扑域建立对应的转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度的拓扑分析模型、转向节侧倾刚度的拓扑分析模型、卡钳弯曲刚度的拓扑分析模型。
在又一实施例中，所述基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计，包括：
设定第一拓扑域的弹性模量为第一弹性模量，其中第一弹性模量小于实际材料弹性模量。
建立包括主运算模型和子运算模型的并行优化模型。
定义子运算模型的设计变量和第一预设性能目标，其中，设计变量为第一拓扑域；优化目标为体积分数最小，用每个拓扑分析模型的性能值大于第一设计目标值。
根据并行优化模型拓扑优化获得关键传力路径，并根据关键传力路径进行主体结构设计。
在概念设计阶段，基于第一拓扑域建立的三种拓扑分析模型进行全局拓扑优化。全局拓扑优化采用的拓扑形式和材料插值模型为密度法(SIMP，Solid IsotropicMaterial with Penalization Model),即将有限元模型设计空间的每个单元的“单元密度”作为设计变量，该“单元密度”同材料参数相关，在0～1之间取值，优化后1表示重要，需要保留，0表示不重要，可以去除。
首先，为了得到明确的拓扑优化主体结构特征，将第一拓扑域的材料属性降低为实际材料属性的0.9倍。
其次，建立包括主运算模型和子运算模型的并行优化模型，即设定多模型拓扑优化的方法，多模型优化是一种基于MPI的并行优化，用于在单个优化运行中优化具有通用设计变量的多个结构。
通过子运算模型定义约束条件和优化目标，子运算模型同时被主运算模型所驱动，设计变量为步骤2定义的第一拓扑域X1，同时在各子运算模型中被定义为设计变量，具有相同ID的设计变量被关联。
1)主运算模型同时驱动子运算模型的语法定义
ASSIGN,H3DDMIG,submodel1,“submodel1.h3d”
ASSIGN,H3DDMIG,submodel2,“submodel2.h3d”
ASSIGN,H3DDMIG,submodel3,“submodel3.h3d”
2)子运算模型定义
V(X1)为第一拓扑域X1的体积分数，Pi表示第i个刚度工况的性能，PiL为性能目标值。转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度、转向节侧倾刚度、卡钳弯曲刚度的性能约束定义分别在转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑分析子模型、转向节侧倾刚度拓扑分析子模型、卡钳弯曲刚度拓扑分析子模型中定义。
针对第一拓扑域X1的拓扑优化不设定制造约束，经过拓扑优化，得到关键传力路径。根据关键传力路径可以得到满足各性能约束下，关键的主体结构设计，设计工程师结合拓扑优化结果设计出初期设计数据，在第一拓扑域基础上大幅缩小设计空间。
在又一些实施例中，所述基于所述主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计，包括：
根据主体结构设计建立有限元实体网格。
根据拔模方向将有限元实体网格划分为多个不同的属性组，多个所述属性组形成第二拓扑域；其中，同一所述属性组沿同一方向法向拔模。
设定所述第二拓扑域的弹性模量为第二弹性模量，其中，所述第二弹性模量小于实际材料弹性模量且大于所述第一弹性模量。
定义子运算模型的设计变量和和第二预设性能目标，其中，所述设计变量为第二拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第二设定目标值。
根据并行优化模型拓扑优化主体结构设计以获得初次优化设计。
对应主体结构设计的初期设计数据中包含了部分不必要或者不敏感的结构成分，需要进一步修整。CAE工程师将主体结构设计建模为有限元3D实体网格。
首先，为了得到体现的拓扑优化主次结构特征，将实体网格(第二拓扑域)的材料属性(弹性模量)降低为实际材料属性的0.95倍(高于第一弹性模量)，并计算此时对应的各性能Pib，与性能目标值PiL对比，若Pib≤PiL，则Pib为性能约束目标值，若Pib＞PiL，则PiL性能优化目标值，即模型计算性能与性能目标较小者作为拓扑优化的优化目标值。同时，增加多向拔模制造约束，将空间特征的转向节3D网格数据分为多个不同的属性组，同一属性组可以沿同一方向法向拔模，合理分组，尽量减少属性组数目。将转向节包含的多个属性组作为第二拓扑域X2，并根据工艺特征设置沿法向单向拔模或者双向拔模工艺约束，基于第二拓扑域X2建立对应的转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑分析模型、转向节侧倾刚度拓扑分析模型、卡钳弯曲刚度拓扑分析模型。
同样开展多模型拓扑优化，主运算模型语法定义与上述主体结构设计类似；子运算模型定义如下：
经过多向拔模制造约束的拓扑优化，可以得到有限元3D实体网格中可通过拔模工艺或铸造成型减去的冗余成分，根据拓扑优化结果，设计工程师基于主体结构设计的有限元3D实体网格去除冗余成分，将冗余特征做成通孔、沉槽、或修剪处理，进一步得到新的设计数据，即转向节的初次优化设计。
在又一实施例中，所述基于所述初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计，包括：
根据初次优化设计建立有限元实体网格，形成第三拓扑域。
设定第三拓扑域的弹性模量为第三弹性模量，其中，所述第三弹性模量为实际材料弹性模量。
定义子运算模型的设计变量和第三预设性能目标，其中，所述设计变量为第三拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第三设定目标值。
根据并行优化模型拓扑优化初次优化设计以获得二次优化设计。
转向节的初次优化设计中仍然是实体转向节设计，外轮廓优化主要修整掉转向节外轮廓面的冗余成分，而内部冗余成分并未处理，需要进一步优化，分析转向节内容做成不灵敏的位置及做成空心结构的可行性。CAE工程师对转向节的初次优化设计建模为有限元3D实体网格，单元类型设定为二阶单元，作为第三拓扑域X3，基于第三拓扑域X3建立对应的转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑分析模型、转向节侧倾刚度拓扑分析模型、卡钳弯曲刚度拓扑分析模型。
首先，为了进一步得到体现的拓扑优化主次结构特征，将第三拓扑域的材料属性(弹性模量)设定为实际材料属性的1.0倍(高于第二弹性模量)，并计算此时对应的各性能Pib，确保Pib≥PiL，若个别性能不满足Pib≥PiL，则根据步骤S120中拓扑优化结果，适当增强对应性能的结构关键路径区域，直至性能满足Pib≥PiL，则PiL作为拓扑优化的优化目标值。
同样开展多模型拓扑优化，主运算模型语法定义与上述类似；子运算模型定义如下：
针对第三拓扑域X3的拓扑优化不设定制造约束，经过拓扑优化，进一步得到结构的优化结果，拓扑结果包含两部分：为满足各性能要求的关键路径结构，对各性能贡献较小、相对不敏感的冗余结构，此时得到的冗余结构主要分布在转向节内部。根据冗余结构的分布特征，结合铸造工艺的可行性，设计工程师和工艺工程师共同参与，将转向节设计为存在一定壁厚，冗余部分做成中空的转向节结构，得到新的设计数据，在转向节的初次优化设计的基础上进一步完善转向节结构以获得转向节的二次优化设计。
在又一实施例中，所述方法还包括：在步骤S140后进行的，根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计。即分别通过刚度优化和强度优化，对转向节的局部进行调整，最终优化转向节的自由形状。
在一些实施例中，所述根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计，包括：
根据所述二次优化设计建立有限元网格模型。
基于有限元网格模型和各刚度工况构建第一分析模型。
根据第一分析模型进行刚度仿真分析。
根据刚度分析结果构建第一优化区域。
基于所述第一优化区域、第一优化条件和第一优化方式优化转向节的形状以获得第一优化结构设计。
其中，第一优化条件包括：设计变量：第一优化区域，变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大或缩放，采用GROW/SHINK模式，使得结构适当局部增强或减弱；约束条件：Pib1≥PiL1，其中，Pib1为刚度仿真分析中的刚度应力值；PiL1为刚度性能目标值；优化目标：体积最小；第一优化方式为采用FreeShape优化方式。
转向节的二次优化设计后的设计数据为空心转向节设计，性能上略弱于初次优化设计的设计数据，为检验转向节的二次优化设计后的合理性，CAE工程师对转向节的二次优化设计的实体几何数据建模为有限元3D实体网格，单元类型设定为二阶单元，作为第一优化区域，基于第一优化区域建立对应的转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑分析模型、转向节侧倾刚度拓扑分析模型、卡钳弯曲刚度拓扑分析模型。
将第一优化区域的材料属性设定为实际材料属性，并执行相应的刚度仿真分析，得到此时对应的各性能pib，一般情况下Pib≈PiL，性能分析值与目标值接近表明转向节基于刚度拓扑的结果非常合理。针对部分性能Pib＜PiL的情况，仍需要进一步开展单独优化。采用FreeShape优化方法，根据步骤S140步骤的拓扑优化结果，分析不满足性能目标的工况所相关的结构区域，选择此区域外轮廓面相关节点建立节点集SET-nodes-A。
优化设定如下：1)设计变量：节点集SET-nodes-A，设计变量的变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点缩放，采用GROW/SHINK模式，使得结构适当局部增强或减弱；2)约束条件：Pib≥PiL，3)优化目标：最小化V(第一分析区域)。
通过采用FreeShape优化方法对转向节结构迭代优化求解，得到所有刚度性能满足目标值的结构优化方案，设计工程师参考结构优化方案并结合布置空间可实施性，确认并完善转向节的形状的第一优化结构设计，仿真分析工程师对第一优化结构设计开展相关刚度仿真验证，确保各刚度性能Pib≥PiL。
在一些实施例中，所述根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计，还包括：
根据所述第一优化结构设计建立有限元网格模型。
基于有限元网格模型和刚度工况构建第二分析模型。
根据第二分析模型进行强度仿真分析。
根据强度分析结果构建第二优化区域。
基于所述第二优化区域、第二优化条件和第二优化方式转向节的形状以获得第二优化结构设计。
第二优化条件包括：设计变量：第二优化区域，变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大，采用GROW模式，使得结构适当局部增强；约束条件：Pib2＜PiL2，其中，Pib2为强度仿真分析中的强度应力值；PiL2为强度性能目标值；优化目标：体积最小；第二优化方式为采用FreeShape优化方式。
仿真工程师可以对上述第一优化结构设计建立有限元模型并结合多工况构建第二分析模型，对第二分析模型进行多工况的强度仿真分析，并读取仿真分析结果，若所有强度仿真分析结果均满足性能目标，则强度合格；若部分强度工况仿真分析结果不满足性能目标，仍需要进一步开展单独优化。采用FreeShape优化方法，分析强度不满足性能目标的工况所相关的结构区域，选择此区域轮廓面相关节点建立节点集SET-nodes-B，形成第二优化区域。
优化设定如下：1)设计变量：节点集SET-nodes-B(第二优化区域)，设计变量的变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大，采用GROW模式，即节点均不收缩，使得结构适当局部增强，不被减弱；2)约束条件：强度应力值Pib＜PiL，3)优化目标：最小化V(X5)。
通过采用FreeShpae优化方法对转向节迭代优化求解，得到在满足所有刚度目标值基础上进一步满足强度目标值的结构优化方案，即第二优化结构设计。通过刚度、强度优体转向节的自由形状。
在一些实施例中，该方法还包括在形状优化设计后进行的，通过形状优化设计构造仿真模型，对该仿真模型进行耐久仿真验证。
其中，设计工程师参考第二优化结构设计的结构优化方案并结合布置空间可实施性，确认并完善转向节的设计数据，仿真分析工程师对数据开展相关耐久仿真验证。
若第二优化结构设计的设计数据满足耐久性能目标，则第二优化结构设计的数据即为最终的工程设计数据；若存在耐久性能不满足目标的局部区域，则通过局部结构加强的方法，直至性能满足目标值，设计工程师参考局部结构加强方案并结合布置空间可实施性制作新的设计数据，则新的设计局数据为最终的工程设计数据。最终的工程设计数据可满足刚度性能、强度性能、耐久性能所有要求，并兼顾极致轻量化的正向设计。
图2是根据一示例性实施例示出的一种转向节设计优化装置的框图。参照图2，该装置包括第一获取模块、第一拓扑模块、第二拓扑模块和第三拓扑模块。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种转向节设计优化装置，包括：
第一获取模块，被配置为获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；其中，所述拓扑域分析模型包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型。
第一拓扑模块被配置为基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计。
第二拓扑模块被配置为基于所述主体结构设计、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计。
第三拓扑模块被配置为基于所述初次优化设计、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计。
通过上述技术方案，通过第一获取模块获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，并通过第一拓扑模块在第一拓扑域内基于多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；再通过第二拓扑模块根据主体结构设计重新建立拓扑域，并基于第二预设性能目标拓扑优化转向节的外轮廓，以获得转向节的初次优化设计；再通过第二拓扑模块根据初次优化设计重新建立拓扑域，并基于第三预设性能目标拓扑优化转向节的内轮廓，以获得转向节的二次优化设计。本公开能够在转向节的设计阶段，基于多个刚度工况建立多刚度拓扑分析模型，利用拓扑优化完成主体结构设计、针对外轮廓的初次优化和针对内轮廓的二次结构设计，能够更加精准和全面地指导转向节的正向开发设计，使得设计更加系统和全面。
在又一些实施例中，所述第一获取模块包括第一获取子模块和第一构建模块。
第一获取子模块被配置为获取转向节的多个刚度工况；其中，所述刚度工况包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度、转向节侧倾刚度和卡钳弯曲刚度；
第一构建模块被配置为基于所述第一拓扑域和多个转向节的刚度工况构建多个拓扑分析模型。
在又一些实施例中，第一获取模块还包括第一确定模块、第一计算模块、第二确定模块和第三确定模块。
第一确定模块被配置为确定转向节的控制臂侧和副车架侧的硬点位置；
第一计算模块被配置为根据硬点位置和整车轴荷运动学分析计算运动包络空间。
第二确定模块被配置为确定转向节相关件的预留空间。
第三确定模块被配置为根据所述运动包络空间和所述预留空间确定第一拓扑域。
在又一些实施例中，第一拓扑模块包括第一设定模块、第一建立模块、第一定义模块和第一拓扑子模块。
第一设定模块被配置为设定第一拓扑域的弹性模量为第一弹性模量，其中第一弹性模量小于实际材料弹性模量。
第一建立模块被配置为建立包括主运算模型和子运算模型的并行优化模型。
第一定义模块被配置为定义子运算模型的设计变量和第一预设性能目标，其中，设计变量为第一拓扑域；优化目标为体积分数最小，用每个拓扑分析模型的性能值大于第一设计目标值。
第一拓扑子模块被配置为根据并行优化模型拓扑优化获得关键传力路径，并根据关键传力路径进行主体结构设计。
在又一些实施例中，第二拓扑模块包括第二建立模块、第一划分模块、第二设定模块和第二拓扑子模块。
第二建立模块被配置为根据主体结构设计建立有限元实体网格。
第一划分模块被配置为根据拔模方向将有限元实体网格划分为多个不同的属性组，多个所述属性组形成第二拓扑域；其中，同一所述属性组沿同一方向法向拔模。
第二设定模块被配置为设定所述第二拓扑域的弹性模量为第二弹性模量，其中，所述第二弹性模量小于实际材料弹性模量且大于所述第一弹性模量。
第二定义模块被配置为定义子运算模型的设计变量和和第二预设性能目标，其中，所述设计变量为第二拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第二设定目标值。
第二拓扑子模块被配置为根据并行优化模型拓扑优化主体结构设计以获得初次优化设计。
在又一些实施例中，第三拓扑模块包括第三建立模块、第三设定模块第三定义模块和第三拓扑子模块。
第三建立模块被配置为根据初次优化设计建立有限元实体网格，形成第三拓扑域；
第三设定模块被配置为设定第三拓扑域的弹性模量为第三弹性模量，其中，所述第三弹性模量为实际材料弹性模量。
第三定义模块被配置为定义子运算模型的设计变量和第三预设性能目标，其中，所述设计变量为第三拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第三设定目标值。
第三拓扑子模块被配置为根据并行优化模型拓扑优化初次优化设计以获得二次优化设计。
在又一些实施例中，所述装置还包括第一优化模块，第一优化模块被配置为根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计。
在又一实施例中，第一优化模块包括第四建立模块、第二构建模块、第一仿真模块、第三构建模块和第一优化子模块。
第四建立模块被配置为根据所述二次优化设计建立有限元网格模型。
第二构建模块被配置为基于有限元网格模型和各刚度工况构建第一分析模型。
第一仿真模块被配置为根据第一分析模型进行刚度仿真分析。
第三构建模块被配置为根据刚度分析结果构建第一优化区域。
第一优化子模块被配置为基于所述第一优化区域、第一优化条件和第一优化方式优化转向节的形状以获得第一优化结构设计。
在又一实施例中，第一优化模块还包括第五建立模块、第四构建模块、第二仿真模块、第五构建模块和第二优化子模块。
第五建立模块被配置为根据所述第一优化结构设计建立有限元网格模型。
第四构建模块被配置为基于有限元网格模型和刚度工况构建第二分析模型。
第二仿真模块被配置为根据第二分析模型进行强度仿真分析。
第五构建模块被配置为根据强度分析结果构建第二优化区域。
第二优化子模块被配置为基于所述第二优化区域、第二优化条件和第二优化方式转向节的形状以获得第二优化结构设计。
在又一实施例中，该第一优化模块还包括控制模块，该控制模块被配置为：
设计变量：第一优化区域，变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大或缩放，采用GROW/SHINK模式，使得结构适当局部增强或减弱；约束条件：Pib1≥PiL1，其中，Pib1为刚度仿真分析中的刚度应力值；PiL1为刚度性能目标值；优化目标：体积最小；第一优化方式为采用FreeShape优化方式。
第二优化条件包括：设计变量：第二优化区域，变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大，采用GROW模式，使得结构适当局部增强；约束条件：Pib2＜PiL2，其中，Pib2为强度仿真分析中的强度应力值；PiL2为强度性能目标值；优化目标：体积最小；第二优化方式为采用FreeShape优化方式。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本公开还提供一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行本公开提供的转向节设计优化方法的步骤。
本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现本公开提供的转向节设计优化方法的步骤。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于执行转向节设计优化方法的装置800的框图。例如，装置800可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。
参照图3，装置800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出接口812，传感器组件814，以及通信组件816。
处理组件802通常控制装置800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。
存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在装置800的操作。这些数据的示例包括用于在装置800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件806为装置800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置800生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件808包括在所述装置800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当装置800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风(MIC)，当装置800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
输入/输出接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为装置800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到装置800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为装置800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测装置800或装置800一个组件的位置改变，用户与装置800接触的存在或不存在，装置800方位或加速/减速和装置800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件816被配置为便于装置800和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置800可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，装置800可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器804，上述指令可由装置800的处理器820执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
上述装置除了可以是独立的电子设备外，也可是独立电子设备的一部分，例如在一种实施例中，该装置可以是集成电路(Integrated Circuit，IC)或芯片，其中该集成电路可以是一个IC，也可以是多个IC的集合；该芯片可以包括但不限于以下种类：GPU(GraphicsProcessing Unit，图形处理器)、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array，可编程逻辑阵列)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、SOC(System on Chip，SoC，片上系统或系统级芯片)等。上述的集成电路或芯片中可以用于执行可执行指令(或代码)，以实现上述的转向节设计优化方法。其中该可执行指令可以存储在该集成电路或芯片中，也可以从其他的装置或设备获取，例如该集成电路或芯片中包括处理器、存储器，以及用于与其他的装置通信的接口。该可执行指令可以存储于该存储器中，当该可执行指令被处理器执行时实现上述的转向节设计优化方法；或者，该集成电路或芯片可以通过该接口接收可执行指令并传输给该处理器执行，以实现上述的转向节设计优化方法。
在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的转向节设计优化方法的代码部分。
本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种转向节设计优化方法，其特征在于，包括：
获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；其中，所述拓扑域分析模型包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型；
基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；
基于所述主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计；
基于所述初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计；
所述基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计，包括：
设定第一拓扑域的弹性模量为第一弹性模量，其中第一弹性模量小于实际材料弹性模量；
建立包括主运算模型和子运算模型的并行优化模型；
定义子运算模型的设计变量和第一预设性能目标，其中，设计变量为第一拓扑域；优化目标为体积分数最小，用每个拓扑分析模型的性能值大于第一设计目标值；
根据并行优化模型拓扑优化获得关键传力路径，并根据关键传力路径进行主体结构设计；
所述基于所述主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计，包括：
根据主体结构设计建立有限元实体网格；
根据拔模方向将有限元实体网格划分为多个不同的属性组，多个所述属性组形成第二拓扑域；其中，同一所述属性组沿同一方向法向拔模；
设定所述第二拓扑域的弹性模量为第二弹性模量，其中，所述第二弹性模量小于实际材料弹性模量且大于所述第一弹性模量；
定义子运算模型的设计变量和和第二预设性能目标，其中，所述设计变量为第二拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第二设定目标值；
根据并行优化模型拓扑优化主体结构设计以获得初次优化设计；
所述基于所述初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计，包括：
根据初次优化设计建立有限元实体网格，形成第三拓扑域；
设定第三拓扑域的弹性模量为第三弹性模量，其中，所述第三弹性模量为实际材料弹性模量；
定义子运算模型的设计变量和第三预设性能目标，其中，所述设计变量为第三拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第三设定目标值；
根据并行优化模型拓扑优化初次优化设计以获得二次优化设计。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，包括：
获取转向节的多个刚度工况；其中，所述刚度工况包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度、转向节侧倾刚度和卡钳弯曲刚度；
基于所述第一拓扑域和多个转向节的刚度工况构建多个拓扑分析模型。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，还包括：
确定转向节的控制臂侧和副车架侧的硬点位置；
根据硬点位置和整车轴荷运动学分析计算运动包络空间；
确定转向节相关件的预留空间；
根据所述运动包络空间和所述预留空间确定第一拓扑域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计，包括：
根据所述二次优化设计建立有限元网格模型；
基于有限元网格模型和各刚度工况构建第一分析模型；
根据第一分析模型进行刚度仿真分析；
根据刚度分析结果构建第一优化区域；
基于所述第一优化区域、第一优化条件和第一优化方式优化转向节的形状以获得第一优化结构设计。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计，还包括：
根据所述第一优化结构设计建立有限元网格模型；
基于有限元网格模型和刚度工况构建第二分析模型；
根据第二分析模型进行强度仿真分析；
根据强度分析结果构建第二优化区域；
基于所述第二优化区域、第二优化条件和第二优化方式转向节的形状以获得第二优化结构设计。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，第一优化条件包括：
设计变量：第一优化区域，变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大或缩放，采用GROW/SHINK模式，使得结构适当局部增强或减弱；
约束条件：Pib1≥PiL1，其中，Pib1为刚度仿真分析中的刚度应力值；PiL1为刚度性能目标值；
优化目标：体积最小；
第一优化方式为采用FreeShape优化方式；
第二优化条件包括：
设计变量：第二优化区域，变形方向为法向，采用VERTEXM算法，变形模式为节点放大，采用GROW模式，使得结构适当局部增强；
约束条件：Pib2＜PiL2，其中，Pib2为强度仿真分析中的强度应力值；PiL2为强度性能目标值；
优化目标：体积最小；
第二优化方式为采用FreeShape优化方式。
8.一种转向节设计优化装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，被配置为获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；其中，所述拓扑域分析模型包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型；
第一拓扑模块，被配置为基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；
第二拓扑模块，被配置为基于所述主体结构设计、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计；
第三拓扑模块，被配置为基于所述初次优化设计、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计；
所述第一拓扑模块包括第一设定模块、第一建立模块、第一定义模块和第一拓扑子模块；
所述第一设定模块被配置为设定第一拓扑域的弹性模量为第一弹性模量，其中第一弹性模量小于实际材料弹性模量；
所述第一建立模块被配置为建立包括主运算模型和子运算模型的并行优化模型；
所述第一定义模块被配置为定义子运算模型的设计变量和第一预设性能目标，其中，设计变量为第一拓扑域；优化目标为体积分数最小，用每个拓扑分析模型的性能值大于第一设计目标值；
所述第一拓扑子模块被配置为根据并行优化模型拓扑优化获得关键传力路径，并根据关键传力路径进行主体结构设计；
所述第二拓扑模块包括第二建立模块、第一划分模块、第二设定模块和第二拓扑子模块；
第二建立模块被配置为根据主体结构设计建立有限元实体网格；
第一划分模块被配置为根据拔模方向将有限元实体网格划分为多个不同的属性组，多个所述属性组形成第二拓扑域；其中，同一所述属性组沿同一方向法向拔模；
第二设定模块被配置为设定所述第二拓扑域的弹性模量为第二弹性模量，其中，所述第二弹性模量小于实际材料弹性模量且大于所述第一弹性模量；
第二定义模块被配置为定义子运算模型的设计变量和和第二预设性能目标，其中，所述设计变量为第二拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第二设定目标值；
第二拓扑子模块被配置为根据并行优化模型拓扑优化主体结构设计以获得初次优化设计；
所述第三拓扑模块包括第三建立模块、第三设定模块第三定义模块和第三拓扑子模块；
第三建立模块被配置为根据初次优化设计建立有限元实体网格，形成第三拓扑域；
第三设定模块被配置为设定第三拓扑域的弹性模量为第三弹性模量，其中，所述第三弹性模量为实际材料弹性模量；
第三定义模块被配置为定义子运算模型的设计变量和第三预设性能目标，其中，所述设计变量为第三拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第三设定目标值；
第三拓扑子模块被配置为根据并行优化模型拓扑优化初次优化设计以获得二次优化设计。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，该程序指令被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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Citations (3)
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| CN107844676A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-03-27 | 北京工业大学 | 一种基于多性能约束的结构拓扑优化设计方法 |
| EP3379434A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-26 | Tata Consultancy Services Limited | A system and method for design of additively manufactured products |
| CN115221602A (zh) * | 2021-08-03 | 2022-10-21 | 广州汽车集团股份有限公司 | 基于多工况拓扑优化的车身设计方法、装置及存储介质 |
-
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- 2023-06-26 CN CN202310764953.4A patent/CN116776692B/zh active Active
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "多工况下转向节结构优化设计";康元春等;《机械设计》;第32卷(第5期);全文 * |
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