[发明专利]一种铝型材前保横梁轻量化设计的方法

说明书

本申请提供了一种铝型材前保横梁轻量化设计的方法，通过该方法将零件轻量化设计与有限元仿真、高性能材料升级相结合，以典型工况载荷下得到的各阶模态和刚性位移为设计约束，同时基于升级后的高性能材料，重新定义材料参数，随后基于典型工况载荷进行结构的拓扑优化设计及详细轻量化设计，最终得到质量最轻的前保横梁截面结构，在保证零件性能不降低的同时，实现了零件最大幅度的轻量化，相应降低了汽车的油耗、电耗，实现节能减排。

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种铝型材前保横梁轻量化设计的方法。

背景技术

近年来随着汽车轻量化的推进和国家产业政策的支持，铝镁合金、塑料等轻质材料由于降重效果显著，在汽车上的用量不断增加。铝型材作为变形铝合金的一种，在汽车上广泛应用于前后保险杠横梁总成、电池包下箱体、副车架总成等零部件。

对现有铝型材制前保险杠横梁进行进一步轻量化较为困难：若维持原有材料不变，仅通过截面结构优化的方式，局部减薄壁厚以实现轻量化，减重效果较差；若采用升级后的高性能材料进行替换，但原截面结构不变，或单纯减薄壁厚，会造成零件性能过剩，减重效果同样较差。因此，简单粗暴的结构壁厚减薄和材料替换，无法很好的实现铝型材制前保险杠横梁的进一步轻量化。

因此，需要一种轻量化设计方法，在保证零件性能不降低的同时，通过升级的高性能材料替换和轻量化结构设计，实现了零件最大幅度的轻量化。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种铝型材前保横梁轻量化设计的方法，以解决前保横梁的轻量化，相应降低了汽车的油耗、电耗，实现节能减排。

一种铝型材前保横梁轻量化设计的方法，该方法包括以下步骤：

通过有限元仿真软件建立原数据模型，并对有限元分析结果进行后处理，读取所述原数据模型中的多阶原约束模态和原刚度位移的数据；

将高性能材料数据卡输入所述原数据模型中进行替换和补充，形成新的材料定义；

设定优化约束和优化目标，对所述原前保横梁的截面结构进行拓扑优化；

根据所述拓扑优化的结果对所述原前保横梁的截面结构构建轻量化设计方案；

通过所述有限元仿真软件对所述轻量化设计方案进行仿真分析，并在后处理结果中读取所述轻量化设计方案的多阶优化约束模态和优化刚度位移的数据；

通过比对模块对所述多阶原约束模态的数据与所述多阶优化约束模态的数据一一对应进行数据比对；通过所述比对模块对所述原刚度位移的数据与所述优化刚度位移的数据进行数据比对；所述比对模块在任意一项数据比对中不满足所述优化约束时，则继续对所述原前保横梁的截面结构进行拓扑优化；

所述比对模块在满足所述轻量化设计方案的优化约束后，输出所述轻量化设计方案对应的前保横梁和吸能盒的截面结构。

通过以上步骤，将零件轻量化设计与有限元仿真、高性能材料升级相结合，以典型工况载荷下得到的各阶模态和刚性位移为设计约束，同时基于升级后的高性能材料，重新定义材料参数，随后基于典型工况载荷进行结构的拓扑优化设计及详细设计，最终得到质量最轻的前保横梁截面结构，在保证零件性能不降低的同时，实现了零件最大幅度的轻量化，相应降低了汽车的油耗、电耗，实现节能减排。

在一个具体的可实施方案中，所述通过有限元仿真软件建立原数据模型，具体为：

在第一有限元仿真软件中建立所述原前保横梁及原吸能盒的原数据模型，并对所述原数据模型完成单元定义、网格划分和所述材料定义。

在一个具体的可实施方案中，将所述第一有限元仿真软件处理后的原数据模型导入第二有限元仿真软件，模拟所述原前保横梁和所述原吸能盒的实际安装时的约束状态，并开展有限元分析。