[发明专利]一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法

说明书

本发明公开了一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，属于汽车零部件优化技术领域，采用B样条曲线构造防撞梁模型，采用MATLAB创建随机初始种群，完成有限元建模，在ANSYS中进行铺层参数设定，施加约束与载荷后，进行有限元分析与计算，输出相应应力至txt文件，输入应力值到MATLAB中，使用蔡‑吴张量理论，建立关于防撞梁结构的强度的关系，并得出强度比R，构建适应度函数，对种群进行选择、交叉、变异、重组操作。本发明运用遗传算法的知识，同时以选材和结构参数为变量，同时考虑零部件宏观结构优化与微观材料优化两因素，对零部件进行协同优化。

技术领域

本发明涉及一种防撞梁协同优化设计方法，特别是涉及一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，属于汽车零部件优化技术领域。

背景技术

防撞梁作为汽车车辆中重要的安全装置，用来减轻车辆受到碰撞时吸收碰撞能量，由主梁、吸能盒，连接汽车的安装板组成，主梁、吸能盒都可以在车辆发生低速碰撞时有效吸收碰撞能量，尽可能减小撞击力对车身纵梁的损害，防撞梁主梁和吸能盒利用金属的塑性变形产生压溃，将内能转化为变形能，吸收掉一部分汽车碰撞时的动能。

目前，传统的防撞梁和吸能盒一般由钢、铝等金属材料制成，这在一定程度上限制了车辆的轻量化水平，纤维增强复合材料FRP作为一种新型复合材料，是由纤维材料与基体材料树脂按一定的比例混合后形成的高性能型材料，质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀，主要分为碳纤维复合材料CFRP、玻璃纤维复合材料GFRP、芳纶纤维复合材料AFRP、玄武岩纤维复合材料BFRP等，防撞梁作为汽车中碰撞保护装置，需要有优异的抗弯性能与高强度的特点，而CFRP、GFRP、AFRP都有这方面的优势，需要根据不同的应用场合选择最佳材料。

由于复合材料中层合板铺层材料、铺层角度、铺层厚度选择多样，且在本发明的结构设计中2个控制点坐标位置不定，属于离散变量优化问题，而遗传算法，对于解决这类离散变量寻优问题有明显优势。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，为了解决目前在汽车零部件优化设计中结构与材料不能协同优化的问题。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1：采用B样条曲线构造防撞梁模型，通过改变其控制顶点坐标，来改变其结构参数，改变防撞梁外形结构，并通过改变复合材料各铺层选材以改变结构整体的材料参数；

步骤2：采用MATLAB创建关于结构参数与材料参数的随机初始种群；

步骤3：根据初始种群中的结构参数，完成有限元建模；

步骤4：根据初始种群中的材料参数，在ANSYS中对FRP防撞梁层合板进行铺层参数设定；

步骤5：对有限元模型施加约束与载荷后，进行有限元分析与计算，输出相应应力至txt文件；

步骤6：输入应力值到MATLAB中，使用经典层合板强度理论中蔡-吴张量理论，建立关于防撞梁结构的强度的关系，并得出强度比R；

步骤7：构建适应度函数，基于适应度对种群进行选择、交叉、变异、重组操作。

进一步的，所述步骤1中，B样条曲线通过首尾点、以及两个控制顶点来进行调节。

进一步的，所述步骤2中，采用二进制种群对防撞梁进行参数设置，分别用2位二进制表示防撞梁层合板每层铺层角度；用1位二进制表示防撞梁选用材料；用3位二进制表示结构参数x1；用5位二进制表示结构参数x2。