[发明专利]一种基于应变能的车身结构优化设计方法

权利要求书

1.一种基于应变能的车身结构优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1

依据结构部件将车身结构划分为若干模块；建立车身结构有限元模型，在建立有限元模型时，同一模块内网格编号连续；

步骤2

对车身整体结构进行弯曲工况与扭转工况刚度仿真，得到车身各模块中每一个单元的应变能值；对各模块每一个单元的应变能值求和得到车身各模块的应变能V_i；对车身各模块的应变能V_i求和得到车身整体结构应变能V₀；

步骤3

按式(1)计算车身各模块的刚度贡献率：

式中，V₀为车身整体结构应变能，V_i为模块i的应变能；

步骤4

按式(2)确定模块的单位质量刚度贡献率，定义为刚度相对贡献率ξ_i：

ξ_i＝η_i/m_i (2)

式中，m_i为第i个模块的质量；

步骤5

计算车身各模块的刚度相对贡献率ξ_i，从高至低排序，筛选刚度相对贡献率位于高端的最前的20％的模块以及位于低端的最后的20％的模块；

步骤6

将步骤5筛选出的模块的特征参数作为变量，输入步骤1中有限元模型中，计算得到不同特征参数变量条件下的车身各模块的刚度相对贡献率数据；对得到的数据进行拟合，得到各模块的刚度相对贡献率与筛选出的模块的特征参数之间的弯曲工况函数关系式F_Wξi与扭转工况函数关系式F_Nξi；

步骤7

对步骤6的函数关系式F_Wξi和F_Nξi求方差，再求其平均值，得到刚度分布协调函数S，

式(3)中：n是划分模块的个数；

步骤8

以刚度分布协调函数S及强度、刚度为约束条件，以筛选出的模块的特征参数作为变量，对优化目标建立优化函数，进行目标优化求解。

2.根据权利要求1所述的一种基于应变能的车身结构优化设计方法，其特征在于，

步骤2中，车身各模块中每一个单元是指每一个网格所对应的单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于应变能的车身结构优化设计方法，其特征在于，

式(1)

按以下步骤得到：

根据刚度贡献率定义，有：

式(4)中，η_i为车身结构模块i对车身结构整体的刚度贡献率；K_i为第i个模块的刚度；K为车身结构的整体刚度；

当车身结构整体刚度均匀发生相同比例λ的微小改变，那么车身结构整体刚度的改变量ΔK_a为：

ΔK_a＝λK

使车身结构某一特定模块i刚度均匀发生同比例改变，则模块i的刚度改变量ΔK_i＝λK_i，此时车身结构整体刚度改变量为ΔK_p，当λ→0时，则有ΔK_p→ΔK_i；根据式(4)，则有：

由位移的倒数来表征相对刚度，则式(5)可表示为：

式(6)中，u₁为各模块刚度均发生微小改变后车身的结构位移，u₂为仅模块i刚度发生微小改变后车身的结构位移，u₀为车身刚度改变前的结构位移；

当λ→0时，有u₁→u₂，且有u₀-u₂＜＜u₁，u₀-u₁＜＜u₂，则式(6)可变形为：

根据动能定理，结构的总应变能与结构位移有如下关系：

综合式(7)、(8)，刚度贡献率可以表示为：