[发明专利]一种梯度力学性能零件过渡区优化设计方法

说明书

本发明公开了一种梯度力学性能零件过渡区优化设计方法，包括对零件力学性能过渡区的分布规律进行优化设计：以零件过渡区的大小作为设计变量、该零件的性能需求作为优化目标、该零件的最优性能需求作为约束条件，建立优化数学模型；确定试验组数，针对每组试验，在其中一个过渡区的取值范围内确定各个取值，基于等强度变化率的原则，即任意相邻力学性能区域的抗拉强度之差与位于该相邻力学性能区域之间的过渡区的大小之间的比值为一定值，从而确定其它过渡区对应的取值，对每组试验进行分析计算，即可得到零件最优的力学性能过渡区的大小。本发明可以使零件的不同力学性能区域之间的变化为平滑过渡，进而得到性能最优的梯度力学性能零件。

技术领域

本发明属于汽车轻量化及结构设计技术领域，具体涉及一种梯度力学性能零件过渡区优化设计方法。

背景技术

为了满足汽车轻量化重大需求，超高强度钢热冲压零件在汽车工业得到广泛的应用。然而人们逐渐意识到汽车车身安全结构件在强度提升的同时，还应满足碰撞吸能要求。具有梯度力学性能的汽车车身安全结构件实现了车身强度与碰撞安全性能的良好匹配。

梯度力学性能零件是指同一零件的不同区域有着不同力学性能需求的一种新型功能零件。以汽车B柱为例，上部区域需要有足够的强度与整车车身框架相连接，以保证车体的完整；下部区域则与底盘相连接需要有较好的延展性而吸收能量，以防止碰撞入侵。目前，部分学者研究了热冲压零件力学性能梯度分布规律，但是针对相邻不同力学性能区域之间的过渡区(大小及强度分布)如何设计鲜有报道。为了使不同力学性能区域之间的变化为平滑过渡，针对零件力学性能过渡区分布规律的研究显得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯度力学性能零件过渡区优化设计方法，它可以使零件的不同力学性能区域之间的变化为平滑过渡，进而得到性能最优的梯度力学性能零件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种梯度力学性能零件过渡区优化设计方法，包括对零件力学性能过渡区的分布规律进行优化设计：以零件过渡区的大小作为设计变量、该零件的性能需求作为优化目标、该零件的最优性能需求作为约束条件，建立优化数学模型；确定试验组数，针对每组试验，在其中一个过渡区的取值范围内确定各个取值，基于等强度变化率的原则，即任意相邻力学性能区域的抗拉强度之差与位于该相邻力学性能区域之间的过渡区的大小之间的比值为一定值，从而确定其它过渡区对应的取值，对每组试验进行分析计算，得到一组最优性能需求，即得到零件最优的力学性能过渡区的大小。

按上述技术方案，所述力学性能区域的抗拉强度为对零件的力学性能分布位置进行优化得到的优化的力学性能区域的抗拉强度：对零件所有力学性能区域的抗拉强度进行优化设计，以零件的设计抗拉强度作为设计变量、该零件的性能需求作为优化目标、该零件的设计性能需求作为约束条件，建立优化数学模型，设计并实施正交试验，得到第一组最优性能需求，即得到一组优化的力学性能区域的抗拉强度。

按上述技术方案，所述零件的最优性能需求为对该零件的力学性能区域大小进行优化得到的第二组最优性能需求：对零件所有力学性能区域的大小进行优化设计，以零件的设计力学性能区域大小作为设计变量、该零件的性能需求作为优化目标、第一组最优性能需求作为约束条件，建立优化数学模型，设计并实施正交试验，得到第二组最优性能需求，即得到一组优化的力学性能区域的大小。

按上述技术方案，采用遗传算法对每组试验进行分析计算。

按上述技术方案，所述梯度力学性能零件为B柱加强板，所述性能需求包括对应驾驶员胸部处的最大侵入量、对应驾驶员胸部处的最大侵入速度、对应驾驶员腹部处的最大侵入量以及对应驾驶员腹部处的最大侵入速度，所述设计性能需求包括优化前对应驾驶员胸部处的最大侵入量、优化前对应驾驶员胸部处的最大侵入速度以及优化前对应驾驶员腹部处的最大侵入速度。