[发明专利]一种汽车底盘零件的优化与设计方法

说明书

本发明公开了一种汽车底盘零件的优化与设计方法，包括如下步骤：步骤一、对底盘零件进行参数化建模，建立底盘零件的有限元模型；步骤二、对底盘零件模锻过程的工艺步骤进行成形分析，校核底盘零件的性能；步骤三、以底盘在一个特定工况下的柔度最小化为优化目标进行拓扑优化；步骤四、依据拓扑优化结果，对去除材料部分形状进行规整，分别确定结构参数、锻造工艺参数的初值及其变化范围，其中结构优化中以最大应力值为响应，工艺优化以等效应变值为响应，建立两者优化模型；步骤五、进行多目标形状优化；步骤六、选择合适的优化算法进行迭代计算。本发明综合考虑结构和工艺参数，能够获得以轻量化设计为主要目标的汽车底盘零件的优化与设计参数。

技术领域

本发明涉及汽车工业中计算机辅助优化设计领域，特别是涉及一种汽车底盘零件的优化与设计方法。

背景技术

近年来，对于汽车车身的轻量化研究较多，而对汽车底盘轻量化研究较少。汽车底盘的重量占整车重量的1/3左右，对其进行轻量化不仅可以节能减排，同时可增加整车的操纵性、稳定性。而对汽车底盘零件的轻量化是实现底盘轻量化的重要途径。

但由于底盘零件如转向节、控制臂等，结构比较复杂，若单独进行结构优化而不将工艺参数考虑在内，可能会导致成型质量不佳。而目前的相关研究仅就结构及工艺参数某一方面单独展开，尚未将两者结合，因此无法有效地获得科学的优化和设计结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合考虑结构和工艺参数的以轻量化设计为主要目标的汽车底盘零件的优化与设计方法，通过综合考虑锻造过程工艺参数及结构参数，从而获得最终的底盘零件结构参数与工艺参数。

本发明是这样实现的：

一种汽车底盘零件的优化与设计方法，包括如下步骤：

步骤一、对底盘零件进行参数化建模，建立底盘零件的有限元模型；

步骤二、对底盘零件模锻过程的工艺步骤进行成形分析，校核底盘零件的性能；

步骤三、以底盘在一个特定工况下的柔度最小化为优化目标进行拓扑优化；

步骤四、依据拓扑优化结果，对去除材料部分形状进行规整，分别确定结构参数、锻造工艺参数的初值及其变化范围，其中结构优化中以最大应力值为响应，工艺优化以等效应变值为响应，建立两者优化模型；

步骤五、基于灰色关联法确定上述目标的权值进行多目标形状优化；

步骤六、选择合适的优化算法进行迭代计算。

更进一步的方案是：

步骤一中，底盘零件的设计变量根据底盘零件的性能指标确定，所述性能指标包括底盘零件的工艺性能指标及结构性能指标，工艺性能指标包括各工序的等效应变值、温度、金属流动值，结构性能指标包括转向节各工况下的应力、应变值以及模态、疲劳耐久性值。

更进一步的方案是：

步骤二中所述模锻过程的工艺步骤包括墩粗、压弯、预锻、终锻四个工艺步骤；所述校核底盘零件的性能，包括校核底盘零件的刚度、强度性能。

更进一步的方案是：

步骤二中，通过步骤一建立的底盘零件的有限元模型进行有限元的成形分析，在静载工况下校核底盘零件的性能，静载工况包括最大垂向力工况、0.4g转向工况以及0.6g制动工况。

更进一步的方案是：

步骤三中，拓扑优化是以三种工况下的刚度进行折衷处理作为优化目标，优化模型为