[发明专利]一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法

说明书

本发明涉及一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法；本发明提供的一种重构模型具有光滑的边界，可以直接用于机械加工，并且可以实现复杂轮廓拓扑优化结果的几何重构；重构模型是参数化模型，可以实现CAD与CAE的无缝连接；能够主动控制重构模型的功能响应误差的拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法。

技术领域

本发明涉及一种汽车研发、计算机仿真技术领域，尤其涉及一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法。

背景技术

拓扑优化(topology optimization)是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，是结构优化的一种，其中结构优化可分为尺寸优化、形状优化和拓扑优化。尺寸优化(size optimization)是以结构件外形或者孔洞形状为优化对象，比如凸台过渡倒角的形状等，形状优化(shape optimization)是在已有薄板上寻找新的凸台分布，提高局部刚度，拓扑优化(topology optimization)是以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。由此可见，拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。

拓扑优化的研究领域主要分为连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化。不论哪个领域，都要依赖于有限元方法。连续体拓扑优化是把优化空间的材料离散成有限个单元(壳单元或者体单元)，离散结构拓扑优化是在设计空间内建立一个由有限个梁单元组成的基结构，然后根据算法确定设计空间内单元的去留，保留下来的单元即构成最终的拓扑方案，从而实现拓扑优化。

长期以来，我国的汽车设计一般采用经验和类比方法，而欧美和日本等国外公司经历了渐进发展，从粗放的经验设计和类比设计，经过静强度和疲劳强度可靠性设计，发展到了目前的以新材料和新工艺为基础的轻量化设计技术。

近年来，国外公司为了增加竞争力，进一步向轻量化方向发展，他们一般采用高强度材料，如TRIP钢材铝合金及新型合金材料等，来实现整车轻量化，但这种做法大大增加了成本。

我国的汽车发展水平与国际先进水平仍存在较大的差距，结构过重造成的整车动力性能，燃油经济性能较差和成本较高的现象依旧突出。而大规模的使用新材料与我国相对落后的经济和市场状况不协调。因此有必要提出一种切实可行的，成本较低的轻量化技术。

为了顺应这种要求，在整车研发设计阶段，国内的众多汽车制造商有必要将传统的经验设计逐渐转变为具有严格的数学和力学基础的多体动力学—有限元辅助设计方法。

这种方法能够在研发设计阶段较为搭建出整车的虚拟样机，可以较为真实的反映出整车的性能指标和零部件力学性能，同时易于修改和优化。而现在鲜有一种较好的可以解决上述问题的方法。

发明内容

本发明目的在于提供了一种能够缩短研发周期的基础上解决上述问题的拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种拓扑优化结果的轻量化新能源汽车结构重构方法，包括以下步骤：

步骤一、边界识别：

S1、对待识别矩阵单元邻近的八个矩阵单元进行判断，若邻近的八个矩阵单元的逻辑值全部为1，则该矩阵单元为内部单元，否则，该矩阵单元为边界单元；

S2、按照从左到右从上到下的顺序遍历矩阵，标记所有的内部单元和边界单元；

S3、将拓扑优化结果的所有内部单元的逻辑值赋为0，得到边界单元矩阵；

S4、将矩阵单元的位置转换为二维直角坐标保存，实现边界矩阵的参数化；

步骤二、边界单元的排序：