CN118052111A - 一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents

一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法、装置、终端及存储介质 Download PDF

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武小一
姜大鑫
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Abstract

本发明是一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法、装置、终端及存储介质。包括：建立油箱壳体有限元模型；建立箍带总成有限元模型；建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型；建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型；定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数；赋予材料属性参数及板壳厚度参数；定义约束条件；对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核；对箍带静强度进行校核；对箍带耐久性能进行校核；针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计。本发明是一种基于“形貌优化+拓扑优化”顺序的燃油箱箍带轻量化设计方法，效率高、仿真计算得到的箍带强度耐久性能与实际试验结果误差小。

Description

一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法、装置、 终端及存储介质
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法、装置、终端及存储介质。
背景技术
乘用车箍带及油箱总成结构如图1所示。油箱箍带由板材冲压而成，通过打紧箍带两端螺栓将油箱固定于车身上，完成油箱的装配。箍带两端往往为受力集中点，为加强箍带强度，在箍带两端通常采用多层板点焊结构。为防止箍带、油箱、车身三者之间产生碰撞和异响，一般在箍带两端固定点、箍带与油箱之间、油箱与车身地板之间均有减震橡胶软垫。车辆行驶过程中，油箱及内部液体产生的冲击载荷全部依靠箍带承载，即油箱箍带会承受来自垂向、纵向、横向的载荷，因此要保证箍带具有一定的强度耐久性能。
目前乘用车油箱箍带强度耐久分析方法主要存在以下问题：1、对油箱箍带承受外载的边界条件描述不够准确，往往采用简化的刚性连接，且不考虑箍带两端螺栓预紧、油箱周边橡胶软垫及油箱上部车体的限位作用。实际上，为避免油箱在行驶过程中发生晃动，预紧完成时，油箱在箍带的作用下被紧固于地板上，箍带上已经存在预应力；同时，由于箍带与油箱之间、油箱与地板之间橡胶软垫的作用，又在一定程度上减弱了油箱对箍带的冲击载荷。2、箍带两端与车身连接位置往往采用“钢套+橡胶衬套+螺栓”的连接方式，箍带上、下表面均与橡胶衬套直接接触，以此来缓解车辆行驶过程中带来的应力集中和异响问题。该连接位置橡胶衬套的变形能力对油箱的整体运动量有很大影响，进而改变箍带上的应力分布方式，因此，对该位置连接结构进行详细建模、对橡胶衬套属性进行详细描述很有必要。3、实际装配时，箍带紧固位置的钢套承载了几乎全部的预紧轴力，在此条件下钢套不发生塑性变形是保证装配精度和满足后续使用要求的必要条件，因此需对装配工况下的钢套强度进行校核。4、箍带两端为多层板点焊结构，焊点位于高应力区，承受着较高的切向载荷。传统进行油箱箍带强度耐久分析时，或者不考虑焊点的存在，不同层板之间定义绑定关系进行连接；或者使用刚性单元、Rbe3单元等，对焊点特征进行简化。这两种方式与焊点实际模型状态差距较大，都会导致箍带焊点的应力计算不准确，尤其在进行耐久分析时，焊点的应力分布更是决定箍带疲劳寿命的关键因素。5、针对强度耐久性能较好，存在设计余量的油箱箍带，只能凭借经验进行结构优化，效率低，且轻量化效果并不理想。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法、装置、终端及存储介质，是一种基于“形貌优化+拓扑优化”顺序的燃油箱箍带轻量化设计方法，效率高、仿真计算得到的箍带强度耐久性能与实际试验结果误差小。
本发明技术方案结合附图说明如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，包括以下步骤：
建立油箱壳体有限元模型并找到油箱内部液体及各配重质心点创建mass单元；
建立箍带总成有限元模型；
建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型；
建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型；
定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数；
赋予箍带、焊点、油箱、mass单元、橡胶软垫、螺栓螺母、钢套、车身模型相应的材料属性参数及板壳厚度参数；
定义约束条件；
对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核；
对箍带静强度进行校核；满足装配要求后，继续添加油箱内载及外部冲击载荷；
对箍带耐久性能进行校核；
针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计。
进一步的，所述建立油箱壳体有限元模型并找到油箱内部液体及各配重质心点创建mass单元的具体方法如下：
将箍带及油箱总成几何模型导入有限元分析软件，抽取油箱壳体中性面，使用S4R单元进行网格划分，单元尺寸为5mm；油箱总成内部包含油液、支撑立柱、防浪板和储油桶，进行有限元建模时对油箱内部结构进行简化，分别找到油液、支撑立柱、防浪板和储油桶配重质心位置并建创建mass单元，按照实际布置形式，将各质心的mass单元与油箱壳体建立分布耦合约束关系。
进一步的，所述建立箍带总成有限元模型的具体方法如下：
抽取箍带几何模型中性面采用S4R单元进行网格划分并建立spot焊点；箍带网格尺寸大小为2mm，箍带两端焊点分布区域网格为规则长方形，不同层之间网格节点对齐；根据焊点实际位置在相应网格节点上创建spot单元，所述spot焊点模型包括内核、外核及连接不同层板焊点中心的梁单元；
建立箍带与车身连接位置详细模型；采用六面体单元对箍带两端紧固位置的螺栓、螺母、钢套、橡胶衬套及该位置车身支架进行网格划分，以实际装配时螺栓预紧之前的间隙量δ为参考，在钢套上表面与车身支架下表面之间预留间隙量。
进一步的，在划分网格时，钢套厚度方向至少应有3层网格。
进一步的，所述建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型的具体方法如下：
油箱下表面橡胶软垫与箍带之间实际为接触关系，建模时，橡胶软垫与箍带壳单元之间采用共节点方式连接；在两者接触区域创建与橡胶软垫厚度一致的六面体单元，单元层数为3层；调整箍带不同层板壳单元法向，保证考虑厚度影响后与真实结构一致。
进一步的，所述建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型的具体方法如下：
使用六面体单元对橡胶软垫进行网格划分，单元层数为3层以上；在网格划分时，以单元形状为正方体为佳；采用板壳单元建立车身地板模型，地板模型中的连接关系采用刚性单元连接即可。
进一步的，所述定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数的具体方法如下：
定义箍带两端螺栓紧固位置各部件的连接关系，箍带与橡胶衬套之间、箍带各层板之间、钢套与螺栓之间、钢套与橡胶衬套之间、钢套与车身支架之间、车身支架与螺母之间均定义滑动接触关系，螺母与螺栓之间定义绑定约束关系；
定义箍带及油箱总成各部件的连接关系，箍带与油箱下表面橡胶软垫共节点连接，油箱与其上、下表面橡胶软垫之间均定义绑定约束关系，油箱上表面橡胶软垫和车体之间定义滑动接触关系；
根据每个接触对的材料特性，设置相应接触面属性参数。
进一步的，所述赋予箍带、焊点、油箱、mass单元、橡胶软垫、螺栓螺母、钢套、车身模型相应的材料属性参数及板壳厚度参数的具体方法如下：
所需材料参数至少包括弹性模量、泊松比、密度；
橡胶类材料属性均采用超弹性材料本构方程进行描述；
每一个mass单元的质量与其所代表的配重质量保持一致。
进一步的，所述定义约束条件的具体方法如下：
约束车身支架及油箱上方地板模型截面节点1-6方向自由度。
进一步的，所述对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核的具体方法如下：
定义箍带两端螺栓预紧轴力并提交计算；在箍带两端螺栓截面上分别加载预紧轴力F0，使箍带整体向上拖动油箱紧固于地板；
提取钢套上的应力最大值σ和截面的剩余轴力F1，若满足以下条件：
则认为该连接点刚度和钢套强度均满足要求，其中，σ为钢套上的应力；[σ]为钢套材料的屈服强度；若不满足上式要求，则需加厚钢套结构或者调整间隙量δ的大小，直到满足上式要求。
进一步的，所述对箍带静强度进行校核的具体方法如下：
定义油箱箍带、油箱壳体及内部所有mass单元的重力载荷，方向为竖直向下；
定义油箱内压载荷；在油箱内表面添加垂直于内表面向外的均布压强，所述压强为车辆使用过程中由于油液蒸发所导致；
定义静强度工况载荷；在油箱壳单元及所有mass单元上分别添加沿垂向、纵向、横向的加速度载荷，并提交计算；分别提取不同工况下箍带应力的最大值σmax，若满足以下条件：
则认为该工况下箍带强度满足要求，其中，σmax为箍带应力；σs为箍带材料屈服强度；针对不满足上式要求的工况，则采用非线性分析方法，运用塑性指标进一步评价；此时需考虑箍带材料的弹塑性属性，针对恶劣工况，若箍带上的塑性应变值不超过1％，则认为满足强度要求；若大于1％，则不满足强度要求，需进行结构优化，直到满足为止。
进一步的，所述对箍带耐久性能进行校核的具体方法如下：
定义耐久工况为等幅耐久工况，边界条件同静强度工况，耐久工况中的加速度载荷幅值及方向与静强度工况不同，根据车辆实际载荷大小，分别定义垂向即上、下、纵向即前、后、横向即左、右的载荷幅值，并以此为依据进行耐久分析；若疲劳损伤值<1，则满足耐久要求；若≥1，则不满足耐久要求，需进行结构优化，直到满足为止。
进一步的，所述针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计的具体方法如下：
箍带形貌优化；以原箍带网格模型作为初始输入，选定静强度工况中最恶劣工况为分析条件，以箍带设计区内的起筋高度为设计变量，起筋方向与油箱固定侧相反，以结构应力作为约束条件，以质量最小为目标函数，求解箍带起筋后的结构，并导出几何模型；
箍带拓扑优化；在箍带形貌优化的基础上，将形貌优化得到的几何模型重新划分网格，更改设计变量为箍带设计区内的单元密度，以结构应力作为约束条件，以体积分数最小为目标函数，求解得到轻量化箍带几何结构。
第二方面，本发明实施例还提供了一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计装置，包括：
第一建立模块，用于建立油箱壳体有限元模型并找到油箱内部液体及各配重质心点创建mass单元；
第二建立模块，用于建立箍带总成有限元模型；
第三建立模块，用于建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型；
第四建立模块，用于建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型；
第一定义模块，用于定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数；
赋予模块，用于赋予箍带、焊点、油箱、mass单元、橡胶软垫、螺栓螺母、钢套、车身模型相应的材料属性参数及板壳厚度参数；
第二定义模块，用于定义约束条件；
第一校核模块，用于对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核；
第二校核模块，用于对箍带静强度进行校核；满足装配要求后，继续添加油箱内载及外部冲击载荷；
第三校核模块，用于对箍带耐久性能进行校核；
设计模块，用于针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计。
第三方面，提供一种终端，包括：
一个或多个处理器；
用于存储所述一个或多个处理器可执行指令的存储器；
其中，所述一个或多个处理器被配置为：
执行本发明实施例的第一方面所述的方法。
第四方面，提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由终端的处理器执行时，使得终端能够执行本发明实施例的第一方面所述的方法。
第五方面，提供一种应用程序产品，当应用程序产品在终端在运行时，使得终端执行本发明实施例的第一方面所述的方法。
本发明的有益效果为：
1)本发明考察油箱箍带的强度耐久性能，将油箱总成作为整体进行分析，不考虑其内部具体结构，使用mass单元代替内部液体和各配重结构，在一定程度上简化了计算模型，提升了计算效率；
2)本发明考虑了箍带紧固位置螺栓预紧轴力、油箱周边橡胶软垫及油箱上部车身地板的限位作用，对油箱箍带承受外载的边界条件进行了更准确的描述；
3)本发明建立了更加精细化的油箱箍带焊点模型，对箍带强度耐久性能的考察更为准确；
4)本发明考虑了箍带紧固端“钢套+橡胶衬套+螺栓”的连接方式，首先对连接位置的结构及接触关系进行了详细建模和定义，其次采用超弹材料本构方程对橡胶衬套材料进行了更加详细的描述，使计算结果更贴近实际；
5)本发明在创建箍带与油箱之间橡胶软垫模型时，采用板壳-实体网格共节点的连接方式模拟箍带与软垫之间的接触连接关系，避免了接触区域应力奇异带来的计算误差，能获得更加准确的箍带应力分布；
6)本发明是一种基于“形貌优化+拓扑优化”顺序的燃油箱箍带轻量化设计方法，效率高、仿真计算得到的箍带强度耐久性能与实际试验结果误差小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为箍带及油箱总成结构示意图；
图2为本发明所述一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法的流程示意图；
图3为箍带两端焊点区域网格划分示意图；
图4为箍带两端螺栓连接位置结构示意图；
图5为箍带与油箱下表面橡胶软垫连接关系示意图；
图6为本发明所述一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计装置的结构示意图；
图7为一种终端结构示意框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
图2为本发明实施例一提供的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法的流程图，本实施例可适用于乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计的情况，该方法可以由本发明实施例中的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，具体包括以下步骤：
S1、建立油箱壳体有限元模型并找到油箱内部液体及各配重质心点创建mass单元，具体如下：
将箍带及油箱总成几何模型导入有限元分析软件，抽取油箱壳体中性面，使用S4R单元进行网格划分，单元尺寸为5mm。油箱总成内部包含油液、支撑立柱、防浪板、储油桶等结构，进行有限元建模时对油箱内部结构进行适当简化，分别找到以上各配重质心位置并建创建mass单元，按照实际布置形式，将各质心的mass单元与油箱壳体建立分布耦合约束关系。
本发明考察油箱箍带的强度耐久性能，将油箱总成作为整体进行分析，不考虑其内部具体结构，使用mass单元代替内部液体和各配重结构，在一定程度上简化了计算模型，提升了计算效率。
S2、建立箍带总成有限元模型，具体如下：
21)抽取箍带几何模型中性面采用S4R单元进行网格划分并建立spot焊点。箍带网格尺寸大小为2mm，箍带两端焊点分布区域网格尽量为规则长方形，不同层之间网格节点要对齐。根据焊点实际位置在相应网格节点上创建spot单元，所述spot焊点模型包括内核、外核及连接不同层板焊点中心的梁单元。箍带两端焊点区域网格划分如图3所示；
22)建立箍带与车身连接位置详细模型。箍带两端螺栓连接位置详细结构如图4所示，采用六面体单元对箍带两端紧固位置的螺栓、螺母、钢套、橡胶衬套及该位置车身支架进行网格划分，以实际装配时螺栓预紧之前的间隙量δ为参考，在钢套上表面与车身支架下表面之间预留一定的间隙量。需要注意的是，由于需要对钢套强度进行校核，在划分网格时，钢套厚度方向至少应有3层网格。
S3、建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型，具体如下：
油箱下表面橡胶软垫与箍带之间实际为接触关系，由于橡胶软垫的表面粗糙度很高，且在实际工况中软垫与箍带两者几乎不发生相对运动，且为避免接触区域应力奇异带来的计算误差，影响箍带壳单元上的应力分布，建模时，此处橡胶软垫与箍带壳单元之间采用共节点方式连接。在两者接触区域创建与橡胶软垫厚度一致的六面体单元，单元层数为3层。调整箍带不同层板壳单元法向，保证考虑厚度影响后与真实结构一致。
本发明在创建箍带与油箱之间橡胶软垫模型时，采用板壳-实体网格共节点的连接方式模拟箍带与软垫之间的接触连接关系，避免了接触区域应力奇异带来的计算误差，能获得更加准确的箍带应力分布。
S4、建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型，具体如下：
使用六面体单元对橡胶软垫进行网格划分，单元层数为3层以上。为避免橡胶软垫大变形引起网格畸变而导致计算不收敛的问题，在网格划分时，单元尺寸不宜过小，以单元形状接近正方体为佳。采用板壳单元建立车身地板模型，地板模型中的连接关系采用刚性单元连接即可。
S5、定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数，具体如下：
51)定义箍带两端螺栓紧固位置各部件的连接关系，箍带与橡胶衬套之间、箍带各层板之间、钢套与螺栓之间、钢套与橡胶衬套之间、钢套与车身支架之间、车身支架与螺母之间均定义滑动接触关系，螺母与螺栓之间定义绑定约束关系；
52)定义箍带及油箱总成各部件的连接关系，箍带与油箱下表面橡胶软垫共节点连接，油箱与其上、下表面橡胶软垫之间均定义绑定约束关系，油箱上表面橡胶软垫和车体之间定义滑动接触关系；
53)根据每个接触对的材料特性，设置相应接触面属性参数。其中，钢与钢之间定义为0.15，钢和铝定义0.17，钢与橡胶之间定义为0.35。
本发明考虑了箍带紧固端“钢套+橡胶衬套+螺栓”的连接方式，首先对连接位置的结构及接触关系进行了详细建模和定义，其次采用超弹材料本构方程对橡胶衬套材料进行了更加详细的描述，使计算结果更贴近实际。
S6、赋予箍带、焊点、油箱、mass单元、橡胶软垫、螺栓螺母、钢套、车身模型相应的材料属性参数及板壳厚度参数，具体如下：
61)所需材料参数至少包括弹性模量、泊松比、密度；
62)橡胶类材料属性均采用超弹性材料本构方程进行描述，如Mooney-Rivlin模型、Ogden模型等；
63)每一个mass单元的质量与其所代表的配重质量保持一致。
S7、定义约束条件，具体如下：
约束车身支架及油箱上方地板模型截面节点1-6方向自由度。
S8、对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核，具体如下：
81)定义箍带两端螺栓预紧轴力并提交计算；在箍带两端螺栓截面上分别加载预紧轴力F0，使箍带整体向上拖动油箱紧固于地板；
本发明考虑了箍带紧固位置螺栓预紧轴力、油箱周边橡胶软垫及油箱上部车身地板的限位作用，对油箱箍带承受外载的边界条件进行了更准确的描述。
82)提取钢套上的应力最大值σ和截面的剩余轴力F1，若满足以下条件：
则认为该连接点刚度和钢套强度均满足要求，其中，σ为钢套上的应力；[σ]为钢套材料的屈服强度；若不满足上式要求，则需加厚钢套结构或者调整间隙量δ的大小，直到满足上式要求。
S9、对箍带静强度进行校核；满足装配要求后，继续添加油箱内载及外部冲击载荷，具体如下：
91)定义油箱箍带、油箱壳体及内部所有mass单元的重力载荷，方向为竖直向下。
92)定义油箱内压载荷。在油箱内表面添加垂直于内表面向外的均布压强，该压强为车辆使用过程中由于油液蒸发所导致。
93)定义静强度工况载荷。在油箱壳单元及所有mass单元上分别添加沿垂向、纵向、横向的加速度载荷，并提交计算。分别提取不同工况下箍带应力的最大值σmax，若满足以下条件：
则认为该工况下箍带强度满足要求；其中，σmax为箍带应力；σs为箍带材料屈服强度；针对不满足上式要求的工况，则采用非线性分析方法，运用塑性指标进一步评价。此时需考虑箍带材料的弹塑性属性，针对恶劣工况，若箍带上的塑性应变值不超过1％，则认为满足强度要求；若大于1％，则不满足强度要求，需进行结构优化，直到满足为止。
S10、对箍带耐久性能进行校核，具体如下：
本发明定义的耐久工况为等幅耐久工况，其边界条件同上，所不同的是，耐久工况中的加速度载荷幅值及方向与静强度工况不同，根据车辆实际载荷大小，分别定义垂向(上、下)、纵向(前、后)、横向(左、右)的载荷幅值，并以此为依据进行耐久分析。若疲劳损伤值<1，则满足耐久要求；若≥1，则不满足耐久要求，需进行结构优化，直到满足为止。
S11、针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计，具体如下：
111)箍带形貌优化；以原箍带网格模型作为初始输入，选定静强度工况中最恶劣工况为分析条件，以箍带设计区内的起筋高度为设计变量，起筋方向与油箱固定侧相反，以结构应力作为约束条件，以质量最小为目标函数，求解箍带起筋后的结构，并导出几何模型；
112)在箍带形貌优化的基础上，将形貌优化得到的几何模型重新划分网格，更改设计变量为箍带设计区内的单元密度，以结构应力作为约束条件，以体积分数最小为目标函数，求解得到轻量化箍带几何结构。
综上，本发明基于“形貌优化+拓扑优化”顺序进行燃油箱箍带轻量化设计，效率高、仿真计算得到的箍带强度耐久性能与实际试验结果误差小。
实施例二
参阅图6，一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计装置，包括：
第一建立模块，用于建立油箱壳体有限元模型并找到油箱内部液体及各配重质心点创建mass单元；
第二建立模块，用于建立箍带总成有限元模型；
第三建立模块，用于建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型；
第四建立模块，用于建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型；
第一定义模块，用于定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数；
赋予模块，用于赋予箍带、焊点、油箱、mass单元、橡胶软垫、螺栓螺母、钢套、车身模型相应的材料属性参数及板壳厚度参数；
第二定义模块，用于定义约束条件；
第一校核模块，用于对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核；
第二校核模块，用于对箍带静强度进行校核；满足装配要求后，继续添加油箱内载及外部冲击载荷；
第三校核模块，用于对箍带耐久性能进行校核；
设计模块，用于针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计。
修复模块，用于当发现干涉单元时，对干涉单元进行修复。
实施例三
图7是本申请实施例提供的一种终端的结构框图，该终端可以是上述实施例中的终端。该终端可以是便携式移动终端，比如：智能手机、平板电脑。终端还可能被称为用户设备、便携式终端等其他名称。
通常，终端包括有：处理器301和存储器302。
处理器301可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器301可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器301也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器301可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器301还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器302可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是有形的和非暂态的。存储器302还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器302中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器301所执行以实现本申请中提供的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法。
在一些实施例中，终端还可选包括有：外围设备接口303和至少一个外围设备。具体地，外围设备包括：射频电路304、触摸显示屏305、摄像头306、音频电路307、定位组件308和电源309中的至少一种。
外围设备接口303可被用于将I/O(Input/Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器301和存储器302。在一些实施例中，处理器301、存储器302和外围设备接口303被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器301、存储器302和外围设备接口303中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。
射频电路304用于接收和发射RF(Radio Frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路304通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路304将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路304包括：天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路304可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：万维网、城域网、内联网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路304还可以包括NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)有关的电路，本申请对此不加以限定。
触摸显示屏305用于显示UI(User Interface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。触摸显示屏305还具有采集在触摸显示屏305的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器301进行处理。触摸显示屏305用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，触摸显示屏305可以为一个，设置终端的前面板；在另一些实施例中，触摸显示屏305可以为至少两个，分别设置在终端的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，触摸显示屏305可以是柔性显示屏，设置在终端的弯曲表面上或折叠面上。甚至，触摸显示屏305还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。触摸显示屏305可以采用LCD(Liquid CrystalDisplay，液晶显示器)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。
摄像头组件306用于采集图像或视频。可选地，摄像头组件306包括前置摄像头和后置摄像头。通常，前置摄像头用于实现视频通话或自拍，后置摄像头用于实现照片或视频的拍摄。在一些实施例中，后置摄像头为至少两个，分别为主摄像头、景深摄像头、广角摄像头中的任意一种，以实现主摄像头和景深摄像头融合实现背景虚化功能，主摄像头和广角摄像头融合实现全景拍摄以及VR(Virtual Reality，虚拟现实)拍摄功能。在一些实施例中，摄像头组件306还可以包括闪光灯。闪光灯可以是单色温闪光灯，也可以是双色温闪光灯。双色温闪光灯是指暖光闪光灯和冷光闪光灯的组合，可以用于不同色温下的光线补偿。
音频电路307用于提供用户和终端之间的音频接口。音频电路307可以包括麦克风和扬声器。麦克风用于采集用户及环境的声波，并将声波转换为电信号输入至处理器301进行处理，或者输入至射频电路304以实现语音通信。出于立体声采集或降噪的目的，麦克风可以为多个，分别设置在终端的不同部位。麦克风还可以是阵列麦克风或全向采集型麦克风。扬声器则用于将来自处理器301或射频电路304的电信号转换为声波。扬声器可以是传统的薄膜扬声器，也可以是压电陶瓷扬声器。当扬声器是压电陶瓷扬声器时，不仅可以将电信号转换为人类可听见的声波，也可以将电信号转换为人类听不见的声波以进行测距等用途。在一些实施例中，音频电路307还可以包括耳机插孔。
定位组件308用于定位终端的当前地理位置，以实现导航或LBS(Location BasedService，基于位置的服务)。定位组件308可以是基于美国的GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)、中国的北斗系统的定位组件。
电源309用于为终端中的各个组件进行供电。电源309可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源309包括可充电电池时，该可充电电池可以是有线充电电池或无线充电电池。有线充电电池是通过有线线路充电的电池，无线充电电池是通过无线线圈充电的电池。该可充电电池还可以用于支持快充技术。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。
实施例四
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
实施例五
在示例性实施例中，还提供了一种应用程序产品，包括一条或多条指令，该一条或多条指令可以由上述装置的处理器301执行，以完成上述一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施模式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (16)

1.一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，包括：
建立油箱壳体有限元模型并找到油箱内部液体及各配重质心点创建mass单元；
建立箍带总成有限元模型；
建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型；
建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型；
定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数；
赋予箍带、焊点、油箱、mass单元、橡胶软垫、螺栓螺母、钢套、车身模型相应的材料属性参数及板壳厚度参数；
定义约束条件；
对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核；
对箍带静强度进行校核；满足装配要求后，继续添加油箱内载及外部冲击载荷；
对箍带耐久性能进行校核；
针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计。
2.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述建立油箱壳体有限元模型并找到油箱内部液体及各配重质心点创建mass单元的具体方法如下：
将箍带及油箱总成几何模型导入有限元分析软件，抽取油箱壳体中性面，使用S4R单元进行网格划分，单元尺寸为5mm；油箱总成内部包含油液、支撑立柱、防浪板和储油桶，进行有限元建模时对油箱内部结构进行简化，分别找到油液、支撑立柱、防浪板和储油桶配重质心位置并建创建mass单元，按照实际布置形式，将各质心的mass单元与油箱壳体建立分布耦合约束关系。
3.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述建立箍带总成有限元模型的具体方法如下：
抽取箍带几何模型中性面采用S4R单元进行网格划分并建立spot焊点；箍带网格尺寸大小为2mm，箍带两端焊点分布区域网格为规则长方形，不同层之间网格节点对齐；根据焊点实际位置在相应网格节点上创建spot单元，所述spot焊点模型包括内核、外核及连接不同层板焊点中心的梁单元；
建立箍带与车身连接位置详细模型；采用六面体单元对箍带两端紧固位置的螺栓、螺母、钢套、橡胶衬套及该位置车身支架进行网格划分，以实际装配时螺栓预紧之前的间隙量δ为参考，在钢套上表面与车身支架下表面之间预留间隙量。
4.根据权利要求3所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，在划分网格时，钢套厚度方向至少应有3层网格。
5.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型的具体方法如下：
油箱下表面橡胶软垫与箍带之间实际为接触关系，建模时，橡胶软垫与箍带壳单元之间采用共节点方式连接；在两者接触区域创建与橡胶软垫厚度一致的六面体单元，单元层数为3层；调整箍带不同层板壳单元法向，保证考虑厚度影响后与真实结构一致。
6.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型的具体方法如下：
使用六面体单元对橡胶软垫进行网格划分，单元层数为3层以上；在网格划分时，以单元形状为正方体为佳；采用板壳单元建立车身地板模型，地板模型中的连接关系采用刚性单元连接即可。
7.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数的具体方法如下：
定义箍带两端螺栓紧固位置各部件的连接关系，箍带与橡胶衬套之间、箍带各层板之间、钢套与螺栓之间、钢套与橡胶衬套之间、钢套与车身支架之间、车身支架与螺母之间均定义滑动接触关系，螺母与螺栓之间定义绑定约束关系；
定义箍带及油箱总成各部件的连接关系，箍带与油箱下表面橡胶软垫共节点连接，油箱与其上、下表面橡胶软垫之间均定义绑定约束关系，油箱上表面橡胶软垫和车体之间定义滑动接触关系；
根据每个接触对的材料特性，设置相应接触面属性参数。
8.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述赋予箍带、焊点、油箱、mass单元、橡胶软垫、螺栓螺母、钢套、车身模型相应的材料属性参数及板壳厚度参数的具体方法如下：
所需材料参数至少包括弹性模量、泊松比、密度；
橡胶类材料属性均采用超弹性材料本构方程进行描述；
每一个mass单元的质量与其所代表的配重质量保持一致。
9.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述定义约束条件的具体方法如下：
约束车身支架及油箱上方地板模型截面节点1-6方向自由度。
10.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核的具体方法如下：
定义箍带两端螺栓预紧轴力并提交计算；在箍带两端螺栓截面上分别加载预紧轴力F0，使箍带整体向上拖动油箱紧固于地板；
提取钢套上的应力最大值σ和截面的剩余轴力F1，若满足以下条件：
则认为该连接点刚度和钢套强度均满足要求，其中，σ为钢套上的应力；[σ]为钢套材料的屈服强度；若不满足上式要求，则需加厚钢套结构或者调整间隙量δ的大小，直到满足上式要求。
11.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述对箍带静强度进行校核的具体方法如下：
定义油箱箍带、油箱壳体及内部所有mass单元的重力载荷，方向为竖直向下；
定义油箱内压载荷；在油箱内表面添加垂直于内表面向外的均布压强，所述压强为车辆使用过程中由于油液蒸发所导致；
定义静强度工况载荷；在油箱壳单元及所有mass单元上分别添加沿垂向、纵向、横向的加速度载荷，并提交计算；分别提取不同工况下箍带应力的最大值σmax，若满足以下条件：
则认为该工况下箍带强度满足要求，其中，σmax为箍带应力；σs为箍带材料屈服强度；针对不满足上式要求的工况，则采用非线性分析方法，运用塑性指标进一步评价；此时需考虑箍带材料的弹塑性属性，针对恶劣工况，若箍带上的塑性应变值不超过1％，则认为满足强度要求；若大于1％，则不满足强度要求，需进行结构优化，直到满足为止。
12.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述对箍带耐久性能进行校核的具体方法如下：
定义耐久工况为等幅耐久工况，边界条件同静强度工况，耐久工况中的加速度载荷幅值及方向与静强度工况不同，根据车辆实际载荷大小，分别定义垂向即上、下、纵向即前、后、横向即左、右的载荷幅值，并以此为依据进行耐久分析；若疲劳损伤值<1，则满足耐久要求；若≥1，则不满足耐久要求，需进行结构优化，直到满足为止。
13.根据权利要求1所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法，其特征在于，所述针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计的具体方法如下：
箍带形貌优化；以原箍带网格模型作为初始输入，选定静强度工况中最恶劣工况为分析条件，以箍带设计区内的起筋高度为设计变量，起筋方向与油箱固定侧相反，以结构应力作为约束条件，以质量最小为目标函数，求解箍带起筋后的结构，并导出几何模型；
箍带拓扑优化；在箍带形貌优化的基础上，将形貌优化得到的几何模型重新划分网格，更改设计变量为箍带设计区内的单元密度，以结构应力作为约束条件，以体积分数最小为目标函数，求解得到轻量化箍带几何结构。
14.一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计装置，其特征在于，包括：
第一建立模块，用于建立油箱壳体有限元模型并找到油箱内部液体及各配重质心点创建mass单元；
第二建立模块，用于建立箍带总成有限元模型；
第三建立模块，用于建立箍带与油箱之间的橡胶软垫网格模型；
第四建立模块，用于建立油箱与车身地板之间的橡胶软垫模型和地板模型；
第一定义模块，用于定义各部件之间的连接关系及接触面属性参数；
赋予模块，用于赋予箍带、焊点、油箱、mass单元、橡胶软垫、螺栓螺母、钢套、车身模型相应的材料属性参数及板壳厚度参数；
第二定义模块，用于定义约束条件；
第一校核模块，用于对装配工况下箍带紧固位置刚度和钢套强度进行校核；
第二校核模块，用于对箍带静强度进行校核；满足装配要求后，继续添加油箱内载及外部冲击载荷；
第三校核模块，用于对箍带耐久性能进行校核；
设计模块，用于针对强度耐久性能符合要求有设计余量的箍带进行轻量化设计。
15.一种终端，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
用于存储所述一个或多个处理器可执行指令的存储器；
其中，所述一个或多个处理器被配置为：
执行如权利要求1至13任一所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法。
16.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由终端的处理器执行时，使得终端能够执行如权利要求1至13任一所述的一种乘用车油箱箍带强度耐久仿真及轻量化设计方法。
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