1.一种车身轻量化设计方法,特征在于:
所述方法包括:
步骤一:制定车身材料方案,使车身材料性能与其在白车身的具体应用位置相匹配;
步骤二:通过灵敏度计算,筛选出灵敏度高和灵敏度低的零部件,并使车身零部件材料厚度与其在白车身的具体应用位置相匹配;
步骤三:根据灵敏度的高低对白车身零部件的结构进行优化,以实现提升零部件及整车的性能;
步骤四:通过车身零部件的冲压工艺分析,优化成型工艺,保证材料替换方案的工程实现;
步骤五:对优化后的车身零部件进行cae分析验证,若满足车辆的轻量化设计目标,则设计完成;若不满足车辆的轻量化设计目标,则重复上述步骤二至步骤四。
2.如权利要求1所述一种车身轻量化设计方法,特征在于:
所述步骤一中:
所述车身材料包括:高强钢材料、铝合金材料、复合材料或钢铝混合材料。
3.如权利要求1或2所述一种车身轻量化设计方法,特征在于:
所述步骤一中:
选择替换的车身材料时,遵循“等强度替换原则”,
所述等强度替换原则公式如下:
上述公式中:
t1为等强度下,采用替换前材料的零部件厚度;
t2为等强度下,采用替换后材料的零部件厚度;
σs1为等强度下,采用替换前材料的屈服强度;
σs2为等强度下,采用替换后材料的屈服强度。
4.如权利要求1所述一种车身轻量化设计方法,特征在于:
所述步骤二中,所述灵敏度计算包括:扭转刚度、弯曲刚度、车身模态和碰撞安全性能在内的灵敏度计算,根据所述灵敏度计算的结果,对车身零部件钣金料厚进行优化的过程包括:
建立车身有限元模型,并赋予车身零部件材料及料厚;
计算原型车的车身模态、扭转刚度、弯曲刚度和碰撞安全性能;
选择可变厚度的车身零部件料厚作为车身灵敏度分析设计变量,控制车身零部件料厚变化范围为±20%以内;
以优化后整车性能应不低于优化前性能水平为约束条件;
优化目标为白车身重量最小;
计算灵敏度,采用最小步长迭代法,求解出对各项性能影响大的车身零部件;
根据车身零部件灵敏度计算结果,对车身零部件钣金料厚进行重新赋值,并对车身模态、扭转刚度、弯曲刚度和碰撞安全性能结果进行验证计算;
对验证计算结果进行评估,评价轻量化效果。
5.如权利要求1所述一种车身轻量化设计方法,特征在于:
所述步骤三中,对灵敏度高的零部件及车身整体框架结构采取结构拓扑优化,针对所述灵敏度低的零部件采取结构尺寸优化、结构形貌优化或结构数量优化。
6.如权利要求5所述一种车身轻量化设计方法,特征在于:
所述结构拓扑优化是指:在结构进行服役工况中,剔除受载小于预设值的局部或者整体结构;
所述结构尺寸优化是指:对结构搭接尺寸、截面宽度尺寸、截面高度尺寸或截面厚度尺寸进行优化;
所述结构形貌优化是指:对结构减重孔位置、减重孔尺寸或局部形貌特征进行优化;
所述结构数量优化是指:结构精简、结构拆分或冗余结构删除。
7.如权利要求1所述一种车身轻量化设计方法,特征在于:
所述步骤四中,结合制定的车身材料方案和车身零部件钣金料厚优化结果,进行钣金件成型性优化验证的过程包括:
在cad设计软件中建立车身钣金件模型,然后建立相应的模具凸模模型、模具凹模模型和压边圈模型,并提取模具凸模、模具凹模模型和压边圈模型的曲面,形成冲压模具文件,并将冲压模具文件导入用于冲压成型分析的cae软件;
将冲压模具文件导入用于冲压成型分析的cae软件后,进行网格划分,并调整模具凸模、模具凹模和压边圈之间的相对位置;
在cae软件中设置成型参数,待成型板料参数包括:厚度、材料和网格尺寸;冲压模具的参数包括:行程控制、冲压速度或冲压力、摩擦系数和模具闭合状态;
成型参数设置完毕后,调入求解器进行计算;
完成计算后,查看包括:成形极限图、厚度、应变和材料流动在内的计算结果;
根据计算结果对强度要求高且进行了减薄处理后的零部件进行结构优化,改善零部件的开裂、起皱或回弹的冲压工艺问题。