CN116776693B - 减震塔优化设计方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

减震塔优化设计方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种减震塔优化设计方法、装置、电子设备及存储介质,所述方法包括:获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型;基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计;根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间;基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计。如此,通过及与拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间对减震塔进行初始结构设计,通过起劲拓扑空间和预定的起筋方式对减震塔进行二次结构设计,从而能够对减震塔进行正向开发,缩短设计周期、降低成本。

Description

减震塔优化设计方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本公开涉及汽车零部件技术领域,具体地,涉及一种减震塔优化设计方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
减震塔是车辆中重要的零部件之一,是连接减震器和前车身的关键零件,汽车行驶过程中由于地面不平造成的冲击载荷通过减震器的衰减传递到减震塔,进而分散到前车身。汽车减震塔对于增加汽车行驶的平稳性以及整车NVH性能有重要作用。
目前,减震塔由铝合金代替钢制件成为轻量化车身的趋势,而开发适用于压铸工艺的铝合金结构件主要依赖于经验,同时需要结合实际生产反复试验,设计周期长、成本高。
发明内容
本公开的目的是提供一种减震塔优化设计方法、装置、电子设备及存储介质,该减震塔设计优化方法能够缩短设计周期、降低成本,以至少部分解决相关技术中的问题。
为了实现上述目的,本公开提供一种减震塔设计优化方法,所述方法包括:获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型;基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计;根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间;基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计。
可选地,所述获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型,包括:根据减震塔在车身的布置空间确定设计拓扑空间;获取各工况对应的有限元模型;其中,所述工况包括扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况、正碰工况和动刚度工况;基于设计拓扑空间和多工况对应的有限元模型确定拓扑域模型。
可选地,基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计,包括:获取第一弹性模量下减震塔各工况的第一仿真分析结果;获取第二弹性模量下减震塔各工况的第二仿真分析结果;基于第一仿真分析结果、第二仿真分析结果和经验性能目标确定预定的性能目标;其中,所述第二弹性模量大于所述第一弹性模量。
可选地,所述第一弹性模量和所述第二弹性模量的比值为1:2。
可选地,所述基于设计拓扑空间和多工况对应的有限元模型确定拓扑域模型,包括:基于设计拓扑空间和单个工况对应的有限元模型分别确定单工况拓扑域模型;基于设计拓扑空间和多个工况对应的有限元模型确定多工况拓扑域模型。
可选地,所述基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计,包括:基于单工况拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内拓扑优化与每个工况对应的单工况关键传力路径;基于多工况拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内拓扑优化与多个工况对应的多工况关键传力路径;基于单工况关键传力路径和多工况关键传力路径确定所述减震塔的初始结构设计。
可选地,所述根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间,包括:根据初次结构设计确定第一起筋拓扑区域、第二起筋拓扑区域;其中,所述第一起筋拓扑区域为所述减震塔的机舱侧,所述第二起筋拓扑区域为所述减震塔的悬架侧。
可选地,所述基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计,包括:基于所述拓扑域模型、预定的性能目标和第一起筋方式在起第一筋拓扑空间内拓扑优化与多个工况对应的第一起筋传力路径;基于所述拓扑域模型、预定的性能目标和第二起筋方式在起第二筋拓扑空间内拓扑优化与多个工况对应的第二起筋传力路径;根据第一起筋传力路径、第二起筋传力路径优化初次结构设计以获得二次结构设计。
可选地,对所述减震塔的二次结构设计进行多工况的验证分析,其中,所述工况包括扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况、正碰工况、动刚度工况和强度疲劳工况;根据验证分析结果判断所述减震塔的二次结构设计是否达标。
可选地,当某个工况的验证分析结果不达标时,重新优化该单工况下的所述减震塔的初始结构设计。
可选地,当强度疲劳工况的验证分析结果不达标时,所述方法还包括:获取二次结构设计中的待优化区域;以待优化区域为目标建立局部结构优化模型;基于局部结构优化模型、预设的优化目标进行自由形状优化;根据自由形状优化结果优化二次结构设计。
本公开第二方面提供一种减震塔设计优化装置,所述装置包括:获取模块,被配置为获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型;第一确定模块,被配置为基于拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内确定减震塔的初始结构设计;第二确定模块,被配置为根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间;第三确定模块,被配置为基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计。
本公开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上述方法的步骤。
本公开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上述方法的步骤。
通过上述技术方案,通过获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型;并基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计,首先对减震塔进行初步设计,其次,根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间,从而优化减震塔的初始结构设计,再次基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计,如此,通过逐步对减震塔进行初始结构优化以及减震塔的二次结构设计,能够通过对减震塔的拓扑优化正向对减震塔进行设计,缩短了减震塔的研发周期,降低了研发成本。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本公开,但并不构成对本公开的限制。在附图中:
图1是本公开示例性实施方式中提供的一种减震塔设计优化方法的流程图;
图2是本公开示例性实施方式中提供的一种减震塔设计优化装置的框图;
图3是本公开示例性实施方式中提供的一种用于执行减震塔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是本公开示例性实施方式中提供的一种减震塔设计优化方法的流程图。如图1所示,该优化方法包括步骤S110至步骤S140。
S110,获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型。
S120,基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计。
S130,根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间。
S140,基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计。
在步骤S110中,获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型。
减震塔为悬架减震器前立柱提供安装定位功能,减震塔固定安装在车身结构上,需要满足刚度和强度要求。基于现有的减震塔结构设置减震塔的设计拓扑空间,并将设计拓扑空间进行有限元处理转化为拓扑域模型,以便于拓扑域模型进行有限元模拟并根据模拟的结果对减震塔进行初步设计。
在一些可实施的方式中,获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型,包括:根据减震塔在车身的布置空间确定设计拓扑空间;获取各工况对应的有限元模型,其中,各工况可以包括扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况、正碰工况和动刚度工况;基于设计拓扑空间和多工况对应的有限元模型确定拓扑域模型。
其中,根据减震塔在车身的布置空间确定设计拓扑空间,减震塔在车身的布置空间是指减震塔的实际占用空间,仿真工程师将拓扑设计空间转化为拓扑域,以便在设计拓扑空间内对减震塔进行正向优化设计。在根据减震塔在车身的布置空间确定设计拓扑空间之后,获取各工况对应的拓扑域有限元模型,需要考虑减震塔整体的刚度,为了减震塔设计中有足够的刚度来满足多种工况的要求,可以通过建立多工况的拓扑域有限元模型并对多工况的拓扑域有限元模型模拟获取多工况的拓扑域的有限元模型数据并根据该数据对减震塔设计进行优化,例如,各工况可以包括扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况、正碰工况和动刚度工况,且各工况均基于白车身有限元模型,设定拓扑域的不同的材料参数、设定拓扑域与车身的不同的边界条件以及对拓扑域设置不同的载荷条件来模拟不同工况下的拓扑域的刚度参数,从而及与设计拓扑空间和多工况对应的有限元模型确定拓扑域模型,以便根据拓扑域模型获得的数据对减震塔进行优化设计。
在步骤S120中,基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计。
在多工况的拓扑域模型中,预设拓扑域模型的材料可以采用第一弹性模量E1或第二弹性模量E2,多工况可以例如扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况和动刚度工况,获取多工况拓扑域模型在第一弹性模量E1或第二弹性模量E2条件下的有限元模型数据,并结合车型的减震塔的对应工况的经验性能目标与获取第一弹性模量E1或第二弹性模量E2条件下的有限元模型数据比较,其中,经验性能目标是指根据相关技术中现有车型中的减震塔在对应工况统计获得,根据比较结果获取各工况对应的预定的性能目标,根据预定的性能目标来确定减震塔的初始结构设计。
在一些可实施的方式中,基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计,包括:获取第一弹性模量下减震塔各工况的第一仿真分析结果;获取第二弹性模量下减震塔各工况的第二仿真分析结果;基于第一、第二仿真分析结果和经验性能目标确定预定的性能目标;其中,第二弹性模量大于所述第一弹性模量。
例如,对于扭转刚度工况,基于白车身有限元模型,设置拓扑域模型的材料为第一弹性模量E1或第二弹性模量E2,第二弹性模量E2大于第一弹性模量E1,拓扑域模型与车身可以采用原有的减震塔与车身的螺栓连接方式,在减震塔中心加载一对力偶,从而分别对材料为第一弹性模量E1和材料为第二弹性模量E2进行有限元模拟计算,根据材料为第一弹性模量E1的有限元的模拟数据获取拓扑域模型在第一弹性模量E1的第一仿真结果,根据材料为第二弹性模量E2的有限元的模拟数据获取拓扑域模型在第二弹性模量E2的第二仿真结果,并根据第一仿真结果和第二仿真结果获取扭转刚度工况的扭转刚度范围[KTE1,KTE2]。
同理,获取拓扑域模型在第一弹性模量E1和第二弹性模量E2中的侧向刚度范围[KLE1,KLE2]。
此外,对于偏置碰刚度工况,可以基于扭转刚度工况的白车身有限元模型完成关键子系统的配重,例如包括动力系统、底盘系统、闭合件系统、座椅系统以及转向系统等,根据偏置碰发生过程,观测并提取与拓扑域发生碰撞接触时的截面力,偏置碰的截面力存在沿整车X向和Y向的分力(其中,X向是指车辆的前后方向;Y向是指车辆的左右),提取同一时刻X、Y分力,并进行力的合成,形成合成截面力;加载定义:根据合成截面力最大值对应时刻,偏置碰发生接触的位置作为加载点的位置,接触区域定于均布加载,偏置碰工况选择减震塔结构应变能作为性能目标,根据材料为第一弹性模量E1的有限元的模拟数据获取拓扑域模型在第一弹性模量E1的第一仿真结果,根据材料为第二弹性模量E2的有限元的模拟数据获取拓扑域模型在第二弹性模量E2的第二仿真结果,并根据偏置碰刚度工况下第一仿真结果和第二仿真结果获取第一弹性模量E1和第二弹性模量E2中的偏置碰工况应变能范围[CmpE2,CmpE1]。
同理,在正碰工况下,基于白车身有限元模型,存在沿整车X向的截面力(其中,X向是指车辆的前后方向),根据界面里的最大值对应时刻,正碰发生接触的位置作为加载点的位置,借出去与定于均布加载,正碰工况选择减震塔结构应变能作为性能目标,根据材料为第一弹性模量E1的有限元的模拟数据获取拓扑域模型在第一弹性模量E1的第一仿真结果,根据材料为第二弹性模量E2的有限元的模拟数据获取拓扑域模型在第二弹性模量E2的第二仿真结果,并根据正碰刚度工况下第一仿真结果和第二仿真结果获取第一弹性模量E1和第二弹性模量E2中的正碰工况应变能范围[FRBE2,FRBE1];
此外,基于白车身有限元模型,根据动刚度工况下第一仿真结果和第二仿真结果获取第一弹性模量E1和第二弹性模量E2中的获取拓扑域模型在第一弹性模量E1和第二弹性模量E2中的动刚度范围[KDE1,KDE2]。
根据上述的拓扑域模型在第一弹性模量E1和第二弹性模量E2的条件下获取拓扑域模型在第一弹性模量E1和第二弹性模量E2中的扭转刚度范围[KTE1,KTE2]、侧向刚度范围[KLE1,KLE2]、偏置碰工况应变能范围[CmpE2,CmpE1]、正碰工况应变能范围[FRBE2,FRBE1]以及动刚度范围[KDE1,KDE2],且根据相关技术中根据现有车型中的减震塔在对应工况统计获得经验性能目标,例如,扭转刚度经验性能目标KTG、侧向刚度经验性能目标KLG以及动刚度经验性能目标KDG,将对应工况的经验性能目标与范围值进行比较,以获取各工况对应的预定的性能目标,并以此确定减震塔的初始结构设计。
例如,对于扭转工况,若扭转刚度不达标,需要提升车身设计的各个薄弱环节以满足性能要求;若KTE1≤KTG,则扭转刚度预定的性能目标定义为KTG;若KTE1≤KTG≤KTE2,则扭转刚度预定的性能目标定义为KTG;若KTE2≤KTG,则扭转刚度预定的性能目标定义为(KTE1+KTE2)/2。
对于偏置碰工况,若在第一弹性模量E1的减震塔对应的偏置碰性能满足要求,则预定的性能目标取CmpE1;若在第一弹性模量E1的减震塔对应的偏置碰性能不满足要求,而第二弹性模量E2的减震塔可以满足要求,则预定的性能目标取CmpE2;若第二弹性模量E2的减震塔也不满足要求,则预定的性能目标取CmpE2
对于正碰工况,若在第一弹性模量E1的减震塔对应的偏置碰性能满足要求,则预定的性能目标取FRBE1;若在第一弹性模量E1的减震塔对应的偏置碰性能不满足要求,而第二弹性模量E2的减震塔可以满足要求,则预定的性能目标取FRBE2;若第二弹性模量E2的减震塔也不满足要求,则预定的性能目标取FRBE2
对于动刚度工况,若KDG<KDE1,满足性能目标,则预定的性能目标为KDE1;(KDE1+KDE2)/2,若KDE1≤KDG≤KDE2,则预定的性能目标为KDG;若KDE2≤KDG,则预定的性能目标为KDG
对于侧刚度工况,若KLG≤KLE1,则预定的性能目标定义为KLG,若KLE1≤KLG≤KLE2,则预定的性能目标定义为KLG;若KLE2≤KLG,则需要先将机舱与乘员舱的搭接结构合理设计,使得KLG≤KLE2
在一些可实施的方式中,第一弹性模量和所述第二弹性模量的比值为1:2,弹性模量可以视为横梁材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料的刚度越大,第一弹性模量可以参考相关技术中已有的减震塔的弹性模量,同时对与减震塔的优化主要涉及到刚度不足的问题,从而可以通过增加第二弹性模量来作为减震塔优化参考的上限。
在一些可实施的方式中,基于设计拓扑空间和多工况对应的有限元模型确定拓扑域模型,包括:基于设计拓扑空间和单个工况对应的有限元模型分别确定单工况拓扑域模型;基于设计拓扑空间和多个工况对应的有限元模型确定多工况拓扑域模型。例如,多工况可以例如扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况和动刚度工况,对于不同的工况分别建立单独的拓扑域模型,在扭转刚度工况中,基于白车身有限元模型,拓扑域模型的材料中的弹性模量取相关技术中现有的减震塔的弹性模量的0.8倍,拓扑域模型与车身可以采用原有的减震塔与车身的螺栓连接方式,在减震塔中心加载一对力偶,从而进行有限元模拟计算获取扭转刚度工况下拓扑域模型的数据;同理可以基于白车身有限元模型分别对应设置边界条件和载荷条件来获取侧向刚度工况的拓扑域模型、偏置碰工况的拓扑域模型以及动刚度工况的拓扑域模型,如此,可以通过各单工况的拓扑域模型数据应用于减震塔的设计优化;当然,除了上述的各单工况的拓扑域模型,还可以将多个工况对应的有限元模型进行统一优化约束,满足各工况约束条件下综合拓扑体积分数最小,从而确定多工况拓扑域模型。如此,可以通过分别确定单工况拓扑域模型以及确定多工况拓扑域模型来使得拓扑域模型更接近现实减震塔的应用工况,从而能够准确地对减震塔进行设计优化。
在一些可实施的方式中,基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计,包括:基于单工况拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内拓扑优化与每个工况对应的单工况关键传力路径;基于多工况拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内拓扑优化与多个工况对应的多工况关键传力路径;基于单工况关键传力路径和多工况关键传力路径确定所述减震塔的初始结构设计。
其中,根据获取的预定的性能目标来对单工况拓扑域模型进行有限元模拟计算以及对多工况拓扑域模型进行有限元模拟计算,例如可以根据SMO(Simple-ModelOptimization)优化技术,分别进行各单工况的拓扑优化,读取单工况的拓扑优化结果;根据MMO(Multi-Model Optimization)优化技术,对5个工况进行多工况优化,以使优化后的性能满足优化目标值,满足各工况约束条件下综合拓扑提及分数最小,读取多工况的拓扑优化结果;如此,可以根据单工况的拓扑优化结果和多工况的拓扑优化结果,获取对应单工况中关键传力路径以及多工况中关键传力路径,并以此应用与减震塔的初始结构中主路径设计和肋板设计,以使减震塔的初始结构设计优化能够满足工况条件。
此外,在根据获取的预定的性能目标来对单工况拓扑域模型进行有限元拓扑优化计算以获取对应单工况中关键传力路径,以便之后发生减震塔的优化过程中个别工况性能不足的情况,可以根据单工况拓扑优化的路径快速判断需要加强的优化方向,以使减震塔的设计优化能够满足工况条件。
在步骤S130中,根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间。
其中,根据减震塔的初始结构设计能够获取减震塔的单工况和多工况的关键传力路径,为了能够减震塔的刚度满足工况要求,可以参考单工况的关键传力路径和多工况的关键传力路径来确定减震塔的起筋拓扑空间,从而便于对减震塔上的加强筋结构的拓扑优化,以使减震塔上的加强筋结构能够满足强度和刚度要求。
在一些可实施的方式中,根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间,包括:根据初次结构设计确定第一起筋拓扑区域、第二起筋拓扑区域;其中,所述第一起筋拓扑区域为所述减震塔的机舱侧,所述第二起筋拓扑区域为所述减震塔的悬架侧。例如,可以将减震塔的初始结构中优化出的减震塔的机舱侧以及悬架侧的加强筋去除并将此区域设置为起筋拓扑空间,将起筋拓扑空间用实体有限元模型替换,设定为减震塔的加强筋的拓扑域,单元尺寸约为1mm,如此,通过对第一起筋拓扑区域、第二起筋拓扑区域进行拓扑优化,从而能够便于对减震塔上的加强筋的结构进行优化以使减震塔的加强筋设计能够满足性能要求。
在步骤S140中,基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计。
在一些可实施的方式中,基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计包括:基于所述拓扑域模型、预定的性能目标和第一起筋方式在起第一筋拓扑空间内拓扑优化与多个工况对应的第一起筋传力路径;基于所述拓扑域模型、预定的性能目标和第二起筋方式在起第二筋拓扑空间内拓扑优化与多个工况对应的第二起筋传力路径;根据第一起筋传力路、第二起筋传力路径优化初次结构设计以获得二次结构设计。
其中,在减震塔机舱侧和悬架侧的加强筋在工艺上要求拔模方向相反,但是拔模基准面是复杂的曲面,不便于直接进行双向拔模定义,从而可以通过建立不同拓扑域单向拔模设置实现加强筋的双向拔模的效果,例如可以对机舱侧定义为第一起筋拓扑区域、对悬架侧定义为第二起筋拓扑区域,从而将单独对第一起筋拓扑区域进行拔模处理定义为第一起筋方式,将第二起筋拓扑区域进行起筋拔模处理定义为第二起筋方式,拔模具体设定如下:第一起筋拓扑区域单向拔模,拔模方向与第一起筋拓扑区域原有加强筋一致;第二起筋拓扑区域单向拔模,拔模方向与第二起筋拓扑区域原有加强筋一致,对第一起筋拓扑区域和第二起筋拓扑区域分别进行拓扑优化,从而能够获取多个工况对应的第一起筋传力路径和多个工况对应的第二起筋传力路径,并进行MMO(Multi-Model Optimization)优化,得到双向加强筋结果,并进行数据设计,以使减震塔整体性能满足设计要求获得二次结构设计。
通过上述技术方案,首先,获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型;基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计,先对减震塔进行初步设计,其次,根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间,从而优化减震塔的初始结构设计,再次,基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计,如此,通过减震塔初步设计、减震塔的初始结构优化以及减震塔的二次结构设计,能够通过对减震塔的拓扑优化正向对减震塔进行设计,缩短了减震塔的研发周期,降低了研发成本。
在一些可实施的方式中,在对步骤S140基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计之后,方法还包括:对减震塔的二次结构设计进行多工况的验证分析;其中,所述工况包括扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况、正碰工况、动刚度工况和强度疲劳工况;根据验证分析结果判断所述减震塔的二次结构设计是否达标。
其中,当进行二次设计完成之后,还可以对减震塔的二次结构设计进行多工况的验证分析,例如,减震塔的二次结构设计之后带入完整有限元分析模型进行不同工况的验证,特别是偏置碰工况和动刚度工况,带入整车偏置碰有限元模型和TB(内饰车身)级有限元模型进行验证分析,验证时减震塔取实际材料弹性模量,从而可以根据不同工况下的有限元的模拟结果来判断减震塔的二次结构设计的强度和刚度是否达标。
若性能验证结果均达标,则优化方案切实可行,若性能优化结果个别工况未达标,则根据基于设计拓扑空间和单个工况对应的有限元模型分别确定单工况拓扑域模型的结果,对相应的工况起主要作用的路径加强,以尽可能提升对应性能。
此外,除了上述工况之外,还可以验证正碰工况,验证整车正面碰撞工况,带入整车的正碰有限元模型,根据正碰工况的有限元模拟结果来判断减震塔正碰下的减震塔强度和刚度是否达标。若需要减震塔吸能溃缩,则在机舱纵梁溃缩段对应的减震塔侧面区域开孔,与机舱纵梁诱导槽保持在同一平面,之后在进行正碰有限元模拟计算,根据正碰工况的有限元模拟结果来判断减震塔正碰且可以溃缩时减震塔的对应的强度和刚度是否达标。
在一些可实施的方式中,当某个工况的验证分析结果不达标时,可以通过重新优化该单工况下的减震塔的初始结构设计,以对该工况下的减震塔进行再次优化设计,使减震塔的强度和刚度达标,完成减震塔的正向开发。
此外,在一些可实施的方式中,还可以对减震塔的疲劳工况进行验证,当强度疲劳工况的验证分析结果不达标时,还包括:获取二次结构设计中的待优化区域;以待优化区域为目标建立局部结构优化模型;基于局部结构优化模型、预设的优化目标进行自由形状优化;根据自由形状优化结果优化二次结构设计,可以将强度疲劳未达标区域的最外层节点建立节点集,需要进行进一步的局部结构优化,采用自由形状优化对铸造的实体单元对象进行性能提升。设计变量定义:对节点集进行变形的设置,设置节点可以伸缩,最大变形量为1mm,支持设计变量区域网格重新划分(激活remesh指令);优化约束:材料性能满足强度疲劳要求;优化目标:节点集所在区域实体质量之和最小。由于每次最大变形量设定为1mm,强度疲劳很难一轮自由形状就达成目标,对于已经达成性能要求的区域不必进一步优化,对于未达成性能要求的区域需要在上一轮优化的基础上根据布置空间,进行新一轮次自由形状优化,直至消除应力集中,自由形状优化的结果即为真实数据结果,使得减震塔的疲劳工况达标。
图2是本公开示例性实施方式中提供的一种减震塔设计优化装置的框图。如图2所示,本公开第二方面提供一种减震塔设计优化装置200,装置包括:获取模块220,被配置为获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型;第一确定模块230,被配置为基于拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内确定减震塔的初始结构设计;第二确定模块240,被配置为根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间;第三确定模块250,被配置为基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计。
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,处理器被配置为执行上述方法的步骤。
本公开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上述方法的步骤。
本公开还提供一种芯片,包括处理器和接口;处理器用于读取指令以执行本公开提供的优化设计方法的步骤。
图3是本公开示例性实施方式中提供的一种用于执行减震塔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,4G或5G,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),以实现上述的减震塔优化设计方法。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减震塔优化设计方法;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,以实现上述的减震塔优化设计方法。
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减震塔优化设计方法的代码部分。
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 (11)

1.一种减震塔设计优化方法,其特征在于,所述方法包括:
获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型;
基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计;
根据减震塔在车身的布置空间确定设计拓扑空间;
获取各工况对应的有限元模型,
基于设计拓扑空间和多工况对应的有限元模型确定拓扑域模型;
基于设计拓扑空间和单个工况对应的有限元模型分别确定单工况拓扑域模型;
基于设计拓扑空间和多个工况对应的有限元模型确定多工况拓扑域模型;
基于单工况拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内拓扑优化与每个工况对应的单工况关键传力路径;
基于多工况拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内拓扑优化与多个工况对应的多工况关键传力路径;
基于单工况关键传力路径和多工况关键传力路径确定所述减震塔的初始结构设计;
根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间;
根据初次结构设计确定第一起筋拓扑区域、第二起筋拓扑区域;
基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计;
基于所述拓扑域模型、预定的性能目标和第一起筋方式在起第一筋拓扑区域内拓扑优化与多个工况对应的第一起筋传力路径;
基于所述拓扑域模型、预定的性能目标和第二起筋方式在起第二筋拓扑区域内拓扑优化与多个工况对应的第二起筋传力路径;
根据第一起筋传力路径、第二起筋传力路径优化初次结构设计以获得二次结构设计。
2.根据权利要求1所述的减震塔设计优化方法,其特征在于,所述获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型,包括:
所述工况包括扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况、正碰工况和动刚度工况。
3.根据权利要求1所述的减震塔设计优化方法,其特征在于,所述基于拓扑域模型、预定的性能目标和设计拓扑空间确定减震塔的初始结构设计,包括:
获取第一弹性模量下减震塔各工况的第一仿真分析结果;
获取第二弹性模量下减震塔各工况的第二仿真分析结果;
基于第一仿真分析结果、第二仿真分析结果和经验性能目标确定预定的性能目标;
其中,所述第二弹性模量大于所述第一弹性模量。
4.根据权利要求3所述的减震塔设计优化方法,其特征在于,所述第一弹性模量和所述第二弹性模量的比值为1:2。
5.根据权利要求1所述的减震塔设计优化方法,其特征在于,所述根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间,包括:
所述第一起筋拓扑区域为所述减震塔的机舱侧,所述第二起筋拓扑区域为所述减震塔的悬架侧。
6.根据权利要求1所述的减震塔设计优化方法,其特征在于,还包括:
对所述减震塔的二次结构设计进行多工况的验证分析,其中,所述工况包括扭转刚度工况、侧向刚度工况、偏置碰工况、正碰工况、动刚度工况和强度疲劳工况;
根据验证分析结果判断所述减震塔的二次结构设计是否达标。
7.根据权利要求1所述的减震塔设计优化方法,其特征在于,所述方法还包括:
当某个工况的验证分析结果不达标时,重新优化该单工况下的所述减震塔的初始结构设计。
8.根据权利要求7所述的减震塔设计优化方法,其特征在于,当强度疲劳工况的验证分析结果不达标时,所述方法还包括:
获取二次结构设计中的待优化区域;
以待优化区域为目标建立局部结构优化模型;
基于局部结构优化模型、预设的优化目标进行自由形状优化;
根据自由形状优化结果优化二次结构设计。
9.一种减震塔设计优化装置,其特征在于,所述装置包括:
获取模块,被配置为获取减震塔的设计拓扑空间和拓扑域模型;
第一确定模块,被配置为基于拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内确定减震塔的初始结构设计;
所述第一确定模块还被配置为根据减震塔在车身的布置空间确定设计拓扑空间;
获取各工况对应的有限元模型,
基于设计拓扑空间和多工况对应的有限元模型确定拓扑域模型;
基于设计拓扑空间和单个工况对应的有限元模型分别确定单工况拓扑域模型;
基于设计拓扑空间和多个工况对应的有限元模型确定多工况拓扑域模型;
基于单工况拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内拓扑优化与每个工况对应的单工况关键传力路径;
基于多工况拓扑域模型和预定的性能目标在设计拓扑空间内拓扑优化与多个工况对应的多工况关键传力路径;
基于单工况关键传力路径和多工况关键传力路径确定所述减震塔的初始结构设计;
第二确定模块,被配置为根据减震塔的初始结构设计确定起筋拓扑空间;
所述第二确定模块还被配置为根据初次结构设计确定第一起筋拓扑区域、第二起筋拓扑区域;
第三确定模块,被配置为基于所述拓扑域模型、预定的性能目标、起筋拓扑空间和预定的起筋方式确定减震塔的二次结构设计;
所述第三确定模块还被配置为基于所述拓扑域模型、预定的性能目标和第一起筋方式在起第一筋拓扑区域内拓扑优化与多个工况对应的第一起筋传力路径;
基于所述拓扑域模型、预定的性能目标和第二起筋方式在起第二筋拓扑区域内拓扑优化与多个工况对应的第二起筋传力路径;
根据第一起筋传力路径、第二起筋传力路径优化初次结构设计以获得二次结构设计。
10.一种电子设备,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1-8中任一项所述方法的步骤。
11.一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1-8中任一项所述方法的步骤。
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