转向节设计优化方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本公开涉及汽车零部件，尤其涉及一种转向节设计优化方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、转向节作为汽车悬架的关键零部件之一，用于集成连接各控制臂、轮毂、驱动轴、制动卡钳、定位卡钳等，转向节往往是复杂的空间构造，一方面转向节需要承担和传力需要具备足够的刚度、另一方面在交变载荷作用下，转向节需要具备足够的强度和耐久性。

2、相关技术中，转向节通常是根据经验进行设计，后续再进行性能验证。设计不够系统和全面，且无法全面指导正向开发。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种转向节设计优化方法、装置、电子设备及存储介质。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种转向节设计优化方法，包括：

3、获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；其中，所述拓扑域分析模型包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型；

4、基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；

5、基于所述主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计；

6、基于所述初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计。

7、可选地，所述获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，包括：

8、获取转向节的多个刚度工况；其中，所述刚度工况包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度、转向节侧倾刚度和卡钳弯曲刚度；

9、基于所述第一拓扑域和多个转向节的刚度工况构建多个拓扑分析模型。

10、可选地，所述获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，还包括：

11、确定转向节的控制臂侧和副车架侧的硬点位置；

12、根据硬点位置和整车轴荷运动学分析计算运动包络空间；

13、确定转向节相关件的预留空间；

14、根据所述运动包络空间和所述预留空间确定第一拓扑域。

15、可选地，所述基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计，包括：

16、设定第一拓扑域的弹性模量为第一弹性模量，其中第一弹性模量小于实际材料弹性模量；

17、建立包括主运算模型和子运算模型的并行优化模型；

18、定义子运算模型的设计变量和第一预设性能目标，其中，设计变量为第一拓扑域；优化目标为体积分数最小，用每个拓扑分析模型的性能值大于第一设计目标值；

19、根据并行优化模型拓扑优化获得关键传力路径，并根据关键传力路径进行主体结构设计。

20、可选地，所述基于所述主体结构设计、多个拓扑分析模型、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计，包括：

21、根据主体结构设计建立有限元实体网格；

22、根据拔模方向将有限元实体网格划分为多个不同的属性组，多个所述属性组形成第二拓扑域；其中，同一所述属性组沿同一方向法向拔模；

23、设定所述第二拓扑域的弹性模量为第二弹性模量，其中，所述第二弹性模量小于实际材料弹性模量且大于所述第一弹性模量；

24、定义子运算模型的设计变量和和第二预设性能目标，其中，所述设计变量为第二拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第二设定目标值；

25、根据并行优化模型拓扑优化主体结构设计以获得初次优化设计。

26、可选地，所述基于所述初次优化设计、多个拓扑分析模型、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计，包括：

27、根据初次优化设计建立有限元实体网格，形成第三拓扑域；

28、设定第三拓扑域的弹性模量为第三弹性模量，其中，所述第三弹性模量为实际材料弹性模量；

29、定义子运算模型的设计变量和第三预设性能目标，其中，所述设计变量为第三拓扑域；优化目标为体积分数最小，且每个拓扑分析模型的性能值大于第三设定目标值；

30、根据并行优化模型拓扑优化初次优化设计以获得二次优化设计。

31、可选地，所述方法还包括：

32、根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计。

33、可选地，所述根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计，包括：

34、根据所述二次优化设计建立有限元网格模型；

35、基于有限元网格模型和各刚度工况构建第一分析模型；

36、根据第一分析模型进行刚度仿真分析；

37、根据刚度分析结果构建第一优化区域；

38、基于所述第一优化区域、第一优化条件和第一优化方式优化转向节的形状以获得第一优化结构设计。

39、可选地，所述根据所述二次优化设计、预设形状优化目标优化转向节的自由形状以获得转向节的形状优化设计，还包括：

40、根据所述第一优化结构设计建立有限元网格模型；

41、基于有限元网格模型和刚度工况构建第二分析模型；

42、根据第二分析模型进行强度仿真分析；

43、根据强度分析结果构建第二优化区域；

44、基于所述第二优化区域、第二优化条件和第二优化方式转向节的形状以获得第二优化结构设计。

45、可选地，第一优化条件包括：

46、设计变量：第一优化区域，变形方向为法向，采用vertexm算法，变形模式为节点放大或缩放，采用grow/shink模式，使得结构适当局部增强或减弱；

47、约束条件：pib1≥pil1，其中，pib1为刚度仿真分析中的刚度应力值；pil1为刚度性能目标值；

48、优化目标：体积最小；

49、第一优化方式为采用freeshape优化方式；

50、第二优化条件包括：

51、设计变量：第二优化区域，变形方向为法向，采用vertexm算法，变形模式为节点放大，采用grow模式，使得结构适当局部增强；

52、约束条件：pib2＜pil2，其中，pib2为强度仿真分析中的强度应力值；pil2为强度性能目标值；

53、优化目标：体积最小；

54、第二优化方式为采用freeshape优化方式。

55、根据本公开实施例的第二方面，提供一种转向节设计优化装置，包括：

56、第一获取模块，被配置为获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型；其中，所述拓扑域分析模型包括转向节接附点刚度及卡钳安装点刚度拓扑域分析模型、转向节侧倾刚度拓扑域分析模型和卡钳弯曲刚度拓扑域分析模型；

57、第一拓扑模块，被配置为基于所述第一拓扑域、多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；

58、第二拓扑模块，被配置为基于所述主体结构设计、第二预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的初次优化设计；

59、第三拓扑模块，被配置为基于所述初次优化设计、第三预设性能目标对转向节外轮廓进行拓扑优化以获得转向节的二次优化设计。

60、根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

61、处理器；

62、用于存储处理器可执行指令的存储器；

63、其中，所述处理器被配置为执行本公开第一方面所提供的转向节设计优化方法的步骤。

64、根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现本公开第一方面所提供的转向节设计优化方法的步骤。

65、本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

66、通过上述技术方案，即本公开的转向节设计优化方法，通过获取转向节的第一拓扑域和多个拓扑域分析模型，并在第一拓扑域内基于多个拓扑分析模型、第一预设性能目标进行多模型拓扑优化以获得转向节的主体结构设计；再根据主体结构设计重新建立拓扑域，并基于第二预设性能目标拓扑优化转向节的外轮廓，以获得转向节的初次优化设计；再根据初次优化设计重新建立拓扑域，并基于第三预设性能目标拓扑优化转向节的内轮廓，以获得转向节的二次优化设计。本公开的设计优化方法，能够在转向节的设计阶段，基于多个刚度工况建立多刚度拓扑分析模型，利用拓扑优化完成主体结构设计、针对外轮廓的初次优化和针对内轮廓的二次结构设计，能够更加精准和全面地指导转向节的正向开发设计，使得设计更加系统和全面。

67、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。