[发明专利]一种白车身轻量化优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车设计领域，具体涉及白车身的轻量化设计方法。 

背景技术

目前，汽车结构轻量化是一个重要研究领域，其中，采用有限元分析、优化设计的方法是一个重要方向，但是，如何选取设计变量和确定约束条件，以使设计获得的新的车身结构与实际生产相符，一直是困扰技术人员的难题。而且，在减重后，白车身各种性能能否满足设计要求，以及哪些零件仍然具有潜在的减重空间，也是设计人员需要考虑的问题。 

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种通过选取合适的设计变量和确定约束条件来实现白车身轻量化优化设计的方法。 

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案： 

一种白车身轻量化优化设计方法，包括的步骤有： 

a）根据现有库存材料，建立离散化的材料参数； 

b）选取白车身零件进行减重； 

c）判断减重后的零件是否符合性能要求，选取减重后符合性能要求的零件作为设计变量； 

d）对减重前的白车身进行自由模态分析，求得其基本频率、一阶扭转频率和一阶弯曲频率； 

e）以基本频率、一阶扭转频率和一阶弯曲频率作为设计变量的约束条件，以质量最轻为目标函数对各零件进行优化，得到新的白车身。 

优选地，如上所述的白车身轻量化优化设计方法，还包括步骤： 

f）计算新的白车身的弯曲刚度、扭转刚度和体积对设计变量的灵敏度， 再根据计算结果选择零件进行进一步优化。 

优选地，如上所述的白车身轻量化优化设计方法，还包括步骤： 

g）对新的白车身的强度进行校核，以判断新的白车身整体强度是否仍然符合要求。 

优选地，在步骤b）中，所选取的减重零件包括顶盖外板、顶盖前横梁、顶盖后横梁、右侧围外板、右侧围后下内板、右侧围后内窗框、左侧围外板、左侧围后下内板和左侧围后内窗框中的一个或者多个。 

优选地，在步骤b）之前，还存在步骤： 

h）判断白车身是否处于量产阶段。 

优选地，当白车身处于量产阶段时，在步骤b）中，减重时的减薄量在0.1mm以内。 

步骤a）至步骤c）为设计变量选取过程，由于在步骤a）中对材料参数进行了离散化，因此保证了在后续轻量化设计过程中，优化后的零件厚度是已有库存材料所具有的，而且通过步骤b）和c），确保了设计变量不会影响白车身的设计性能要求，因此设计变量的选择是合适的。而且，以模态分析结果作为约束条件，保证了优化设计后的新的白车身的整体性能。 

进一步地，对新的白车身进行灵敏度分析，为设计人员进一步对白车身进行减重提供了参考方向。 

进一步地，对新的白车身强度进行校核，保证了新的白车身强度仍然符合要求。 

进一步地，选取顶盖外板、顶盖前横梁、顶盖后横梁、右侧围外板、右侧围后下内板、右侧围后内窗框、左侧围外板、左侧围后下内板和左侧围后内窗框作为减重零件，符合一般车型的零件组成特点，减少了工作量。 

进一步地，由于存在步骤h），因此设计人员能够根据白车身是否处于量产阶段而选择减重量范围，能够避免重新开模具，降低生产成本。而在量产阶段，选择0.1mm作为减重时的减薄范围，在避免重新开模具的同时保证了车身加工精度。 

附图说明

接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述，其中： 

图1为本发明的实施例的顶棚雪载分析模型图； 

图2为本发明的实施例的侧围屈曲抗凹分析模型图； 

图3为本发明的实施例的某白车身自由模态分析模型图； 

图4为本发明的实施例的某白车身弯曲刚度分析模型图； 

图5为本发明的实施例的某白车身扭转刚度分析模型图； 

图6为本发明的实施例的弯曲刚度和体积灵敏度柱状图； 

图7示出了左右侧围减薄后的屈曲抗凹分析结果。 

具体实施方式

接下来以某型白车身为例，结合附图详细描述本发明的白车身轻量化优化设计方法。 

步骤a）中，需要根据现有库存材料，建立离散化的材料参数。假设现库存材料（以板材为例）如下： 

SPCC（厚度单位：mm）:0.6,0.7,0.8,1.0,1.2,1.5,1.6,1.8,2.0,2.5。 

SPCD（厚度单位：mm）:0.6,0.7,0.8,1.0,1.2,1.5,1.6,1.8,2.0。