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基于HyperStudy和隐式参数化模型的A柱综合性能优化

2013/2/26    来源:Altair    作者:张继游  彭鸿  门永新  赵福全      
关键字:隐式参数化模型  A柱综合性能优化  HyperStudy  

摘要:本文在HyperStudy优化平台的基础上,采用参数化技术和优化技术,集成了OptiStruct等求解器,对某车型A柱的综合性能(刚度、屈曲和压溃性能)进行优化,最后获得了满足设计指标并且单位长度质量最小的设计方案。

关键字:HyperStudy,OptiStruct,隐式参数化模型,A柱,优化

0 引言

    主断面截面特性直接影响梁结构的刚度性能,进而影响到车身的整车刚度指标,因此主断面分析在白车身结构设计中具有重要意义。传统的主断面分析根据主断面的力学特性来进行车身刚度的灵敏度分析,从而优化车身刚度,研究的范畴主要是车身的刚度性能指标[1-3]。本文则采用全新的方法来考察主断面的综合性能。在某新车型的前期开发过程中,由于车身外形发生改变,设计人员开发了全新的A柱截面,为了达到对标车型的A柱截面综合性能,需要对该A柱截面进行分析和优化。根据该分析需求,本文的优化方案如下:首先,根据A柱截面的几何结构建立A柱的参数化模型;之后将参数化模型生成的有限元模型导入HyperMesh中,建立刚度分析、屈曲分析和压溃分析三个工况,前两个工况的求解器为OptiStruct,第三个工况的求解器为相关非线性求解器;第三步,在HyperStudy中建立优化目标、约束条件和设计变量,集成参数化工具(SFE CONCEPT)和求解器(OptiStruct等),经过两轮DOE分析,获取优化结果。

1 模型描述

    1.1 隐式参数化模型简介

    SFE CONCEPT根据车身结构初始状态的有限元模型或几何模型,建立几何结构一致的参数化模型,该模型有两个功能:第一,模型结构具有全参数化功能,几何结构的位置、尺寸和形状等可以任意改变,能记录改变的过程并保存为设计变量;第二,几何结构发生改变的参数化模型可以生产几何结构相同并满足网格质量要求的有限元模型。基于上述功能,SEF CONCEPT成为车身结构形状优化的有利工具。

    1.2 A柱隐式参数化模型

    利用SFE CONCEPT,通过基点(Points)→基线(Lines)→截面(Sections)→梁(Beams)的建模步骤,将A柱截面拉长300mm,并赋予材料和性能属性,生成A柱隐式参数化模型,如图1所示。该参数化模型可以同时生成NASTRAN格式和DYNA格式的有限元模型。

A柱参数化模型

    图1 A柱参数化模型

    1.3 分析工况

    本文中,A柱的综合性能包括A柱的刚度性能、屈曲性能和压溃性能。前两者求解器为HyperWorks的OptiStruct,压溃性能求解器为相关非线性软件。三个性能的分析工况如下所示:

    (1)刚度分析工况:

    A柱末端赋予全自由度约束,采用RBE2将A柱前端与对应的截面中心连接,建立三个刚度工况(1.垂直刚度,Fy=1000N;2.侧向刚度,Fz=1000N;3.扭转刚度,Mx=100kN•m),求解出对应的位移或转角,获取相应的刚度值,如图2(1)所示。

    (2)屈曲分析工况:

    A柱末端赋予全自由度约束,采用RBE2将A柱前端与对应的截面中心连接,在原点沿X方向施加Fx=10kN,求解出A柱的屈服载荷,如图2(2)所示。

    (3)压溃分析工况:

    A柱末端赋予全自由度约束,刚性墙以0.25m/s的速度沿X方向挤压A柱50mm,求出A柱的最大挤压力和平均挤压力,如图2(3)所示。

    三个工况的计算结果如表1所示。由表1可知,车型的A柱的垂直刚度、侧向刚度、屈曲载荷低于对标车型,扭转刚度和压溃性能高于对标车型。

 分析工况

    图2 分析工况

    表1 A柱综合性能对比

A柱综合性能对比

 

责任编辑:程玥
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