[发明专利]一种车载供氢系统框架结构的设计方法

说明书

本发明涉及燃料电池汽车供氢系统领域，具体涉及一种车载供氢系统框架结构的设计方法，主要解决的技术问题是现有技术中燃料电池汽车车载供氢系统结构结构应力分布不合理，结构动静态特征差，结构局部安全冗余度过剩，结构材料浪费，结构设计研发费用过高，设计过程复杂，设计效率低下的问题；为了解决上述技术问题，本发明公开了一种车载供氢系统框架结构的设计方法，包括以下步骤：建立三维模型，定义材料属性，定义单元类型，定义边界条件，设置优化区域，设置目标函数，执行迭代优化，分析验证优化设计结果。

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车供氢系统领域，具体涉及一种车载供氢系统框架结构的设计方法。

背景技术

燃料电池汽车的自重对车辆性能有着很大的影响，在保证车辆相关性能指标的前提下充分减重能进一步提高车辆的相关性能；对于燃料电池汽车车载供氢系统结构的设计而言，现有技术主要是根据工程经验进行初步设计，设计完成后再进行有限元分析、试验验证，基于现有技术设计的车载供氢系统结构，结构应力分布大概率不合理，结构动静态特征较差，且在分析、试验通过的情况下，会造成局部设计安全冗余度过剩，导致材料的浪费；若进行试验次数较多，在一定程度上增加了研发费用，复杂化了设计过程，导致设计效率低下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中燃料电池汽车车载供氢系统结构结构应力分布不合理，结构动静态特征差，结构局部安全冗余度过剩，结构材料浪费，结构设计研发费用过高，设计过程复杂，设计效率低下的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车载供氢系统框架结构的设计方法，其包括以下步骤：

S1.通过三维软件建立待拓扑优化的供氢系统结构的三维模型并将模型定义为同一个实体，然后输出几何模型文件，在应力分析软件中识别几何模型文件即可进行详细的拓扑优化分析和有限元分析；

S2.定义模型的材料属性，定义拓扑优化单元类型为SOLID95单元，并将要优化分析区域的材料单元类型TYPE设置编号为1，不优化区域的单元设置为其他编号，同时定义模型的边界条件，采用应力分析软件能够自动选择合适的单元类型进行分析计算；

S3.设定多工况边界条件，建立多工况载荷文件，在拓扑优化中综合考虑多个工况的综合作用，并在拓扑优化分析之前完成静力结构分析的计算；

S4.设置优化区域，设置目标函数，并执行迭代优化，根据拓扑结果的结构趋势，采用方钢来布置框架结构；

S5.对框架结构的动静态特性进行有限元分析或试验，如果不能满足要求则重新执行S4。

上述技术方案中，优选地，在步骤S1中所述三维模型包括：顶部盖板、前面板、气瓶支撑板、气瓶固定板、后面板、斜撑；其中，气瓶通过所述气瓶固定板固定，所述气瓶固定板与所述气瓶支撑板通过焊接或者螺栓连接，所述气瓶支撑板固定在所述前面板和所述后面板上，所述斜撑固定在所述后面板上并用于支撑所述后面板，所述后面板上有用于保证燃料电池安装安装空间的缺口。

更优选地，在步骤S2中，所述材料属性为：材料名称：Q235，材料密度：7580kg/m^3，材料杨氏模量：210GPa，材料泊松比：0.3。

更优选地，在步骤S2中，所述边界条件包括约束边界条件和载荷边界条件，其中所述约束边界条件：所述前面板和所述后面板为固定约束；