汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法
【专利摘要】本发明涉及一种汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法，将数学中折衷规划的方法，应用到变速器壳体多工况拓扑优化设计当中。该方法不采用传统的解决多工况拓扑优化问题的方法——线性加权法，而是将每个工况下得到目标函数极值，按照折衷规划公式，对多工况拓扑优化模型的目标函数进行重构，然后再进行拓扑优化计算，使获得的拓扑结构可以同时满足各个工况。本发明可以使得到的拓扑结构在满足各个工况使用要求的同时，还能避免线性加权法无法解决可行域是非凸集的情况，从而使多工况的拓扑优化结果更加准确。
【专利说明】汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法,属于变速器壳体设计领域。
【背景技术】
[0002]变速器壳体作为汽车传动系统的支撑体，受到传动齿轴与外部车身传递冲击力的作用，极易因强度、刚度不足引起局部断裂失效，导致变速器功能失效。为了保证变速器壳体的工作可靠性，设计师们通常采用增加局部结构体积的方式，提高壳体受力局部的强度与刚度。而结构体积的增加，易带来材料用量及零件质量增大，引起产品成本及整车油耗上升的负面作用。优良的变速器壳体结构，应是实现最佳几何形状前提下的结构体积最小化，即实现系统材料利用率最大化设计目标。
[0003]拓扑优化设计技术可根据力的传递路径，在给定设计空间内，寻找最佳材料布局方式的一项技术。拓扑优化设计方法在初期设计阶段为设计者提供科学依据，使复杂的结构和部件可以灵活、理性的进行优选。但是工程中普遍存在:某结构体在不同时刻承受不同负载的状况，在不同的负载条件下，得到的拓扑结构可能是不相同的。为了获得满足各工况使用性能的拓扑结构，对于这种处于多工况交替工作的结构体，传统的拓扑优化方法是将各个工况下的拓扑结构以线性加权的方式求解，将拓扑优化模型的目标函数以线性加权的方式进行重构，得到新的目标函数，并将此时求解后的结果作为基本符合多工况使用要求的拓扑结构。然而，当目标优化问题所求得的可行解所构成的集合不是凸集时，采用线性加权法得到的解将可能不是可行解，即该方法无法解决可行域不是闭合凸集的优化问题(非凸优化问题)。
[0004]折衷规划是一种有效地解决多目标优化问题的可行方法，通过将各个工况中可行解和理想解相比较，找到最接近于理想解的可行解，将该解作为满足多目标优化问题的最优解。东北大学的庄新田教授曾将该理论运用到多目标投资组合中，获得了较好的效果。但现在还未报道有人将该理论应用到变速器壳体的拓扑优化设计当中。
【发明内容】
[0005]本发明是要提供一种汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法，可以避免产生由单一工况优化设计时导致的多工况兼顾应用受限问题，便于设计者在设计初期全面考虑多个工况结构特点，降低单一工况设计时的风险，提高设计结果的准确性。
[0006]本发明的技术方案是:一种汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法，包括以下步骤:
[0007]将变速器壳体在每个工况下得到的目标函数极值，按照折衷规划公式，对多工况拓扑优化模型的目标函数进行重构，并根据各工况的使用频率选择加权系数进行拓扑优化计算，使获得的拓扑结构可以同时满足各个工况，从而使多工况的拓扑优化结果更加准确。
[0008]对多工况拓扑优化模型的目标函数进行重构，然后进行拓扑优化计算:首先，将多工况的目标函数按折衷规划的方式进行重构，使多工况多目标优化问题转化为单目标优化问题，最终得到的拓扑优化模型为:
[0009]
【权利要求】
1.一种汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤: 将变速器壳体在每个工况下得到的目标函数极值，按照折衷规划公式，对多工况拓扑优化模型的目标函数进行重构，并根据各工况的使用频率选择加权系数进行拓扑优化计算，使获得的拓扑结构可以同时满足各个工况，从而使多工况的拓扑优化结果更加准确。
2.根据权利要求1所述的汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法，其特征在于:所述对多工况拓扑优化模型的目标函数进行重构，然后进行拓扑优化计算:首先，将多工况的目标函数按折衷规划的方式进行重构，使多工况多目标优化问题转化为单目标优化问题，最终得到的拓扑优化模型为:.V
式中:c(x)为整体的柔度CT^PCfn为第k个工况下，目标函数柔度的最大值和最小值为在第k个工况在所有计算工况中所占权重的大小^为目标函数计算的惩罚系数；Xi为变密度法计算时，单元i的密度Wi为第i个单元的体积；a-体积比'N0为结构初始设计空间的体积； 通过Hyperworks中的函数自定义功能进行编写,编写内容为:
式中Cf?:是在一档所受静态载荷条件下，得到的目标函数最小值和最大值，crr和?τ是倒档工况下目标函数的最小值和最大值； 将编写得到的函数公式设为软件计算时的响应，最终再将该响应定义为目标函数，进行变速器壳体多工况拓扑优化计算。
3.根据权利要求1所述的汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法，其特征在于:在进行满足各工况的拓扑优化计算前，将变速器壳体各个工况分别在单工况的条件下进行拓扑优化计算，然后将得到的各工况目标函数极值带入到折衷规划公式中，构成多工况拓扑优化模型的目标函数。
【文档编号】G06F17/50GK104133957SQ201410362642
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】褚超美, 周进, 奚成捷, 池会强, 梅超, 顾放, 申震, 宋俊, 胡天帅 申请人:上海理工大学