[发明专利]一种制动盘防尘罩的优化设计方法和系统

说明书

本发明公开了一种制动盘防尘罩的优化设计方法和系统，包括根据制动盘防尘罩的几何模型构建制动盘防尘罩的初始有限元模型；对有限元模型进行形貌优化分析和拓扑优化分析，得到制动盘防尘罩的最优形貌和最优材料分布的制动盘防尘罩的优化有限元模型；对优化有限元模型进行优化迭代计算得到制动盘防尘罩的最优的结构模型。利用本发明所述系统和方法，避免基于经验进行加强筋、开孔、翻边、凸台等特征的设计，造成各性能目标不能协同满足。本发明可以合理地确定加强筋和开孔位置的分布，对防尘罩结构的翻边、凸台、开孔宽度、厚度等参数进行多学科优化设计，保证轻量化的同时，各个性能指标均达成，保证了防尘罩结构设计的合理性和有效性。

技术领域

本发明属于车辆制动盘防尘罩设计技术领域，具体涉及一种制动盘防尘罩的优化设计方法和系统。

背景技术

目前针对制动盘防尘罩的设计主要基于设计人员丰富的经验、参考以往车型或市场上标杆车型的设计结构，但前者存在设计人员如若经验不足会导致方案设计不合理，将影响性能达成；后者存在结构不匹配问题，导致后续性能不能达到理想效果。同时，制动盘防尘罩的优化设计主要基于单一性能展开，存在优化过程没有考虑对多个目标性能的协同优化设计的问题，可能导致其他性能没有优化效果甚至恶化，优化后对各性能的影响难以预测。基于此，制动盘防尘罩结构设计更需要综合考虑多目标结构性能协同优化，建立一种优化设计流程。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出一种制动盘防尘罩的优化设计方法和系统，包含了制动盘防尘罩的概念设计和详细设计两个阶段，在概念设计阶段通过拓扑形貌联合优化，考虑结构模态和刚度性能，保证结构加强筋和开孔位置最优化。在详细设计阶段将翻边的高度、凸台的高度、开孔宽度、钣金的厚度参数化，并进行多学科优化流程构建。最终实现模态、刚度、耐久多维度性能目标协同达成。

实现本发明目的之一的一种制动盘防尘罩的优化设计方法，包括如下步骤：

S1、根据制动盘防尘罩的几何模型构建制动盘防尘罩的初始有限元模型；

利用HyperMesh软件的automesh功能模块构建有限元模型，但不限于此软件；

进一步地，在步骤S1之后和步骤S2之前还包括：将步骤S1构建的有限元模型划分为设计区域和非设计区域，所述设计区域用于规划制动盘防尘罩的加强筋的走向和挖孔区域；

进一步地，将有限元模型的中间的平面区域设定为设计区域，加强筋和开孔处于此区域；

S2、对初始有限元模型进行形貌优化分析和拓扑优化分析，得到形貌和材料分布均为最优的制动盘防尘罩的优化有限元模型，其中形貌优化分析用于得到最佳形貌的制动盘防尘罩的有限元模型，拓扑优化分析用于得到最优材料分布的制动盘防尘罩的有限元模型；

利用Hyperwoks软件下Optistruct模块topography功能对初始有限元模型进行形貌优化分析；通过Hyperworks软件下hyperview模块可读取分析结果，所述分析结果为可参考加强筋布置的分析结果。

所述形貌优化分析用于加强筋优化设计以提升结构的性能，所述性能包括刚度和模态，当增加加强筋可使模态达到设定目标值时的形貌为制动盘防尘罩的最优形貌；

利用设计软件的拓扑优化功能对上述步骤构建的有限元模型进行拓扑优化分析，以制动盘防尘罩的模态性能和刚度性能为优化目标，以使设计区域的质量减少为原设计区域质量的1/3为优化约束，找到制动盘防尘罩的最优化的材料分布。

所述拓扑优化分析以制动盘防尘罩的模态性能和刚度性能均最大化为优化目标，用于找到最优化的材料分布，保留对模态性能影响较大的材料，去掉影响较小的材料；

拓扑优化基于OptiStruct软件的变密度法，密度越高表明该处材料越重要，需要保留，密度越低则表明该处材料不重要，可去除；