一种汽车蓄电池支架的优化设计方法及优化结构与流程

本发明涉及汽车蓄电池支架，具体涉及一种汽车蓄电池支架的优化设计方法及优化结构。

背景技术：

1、蓄电池作为汽车的重要部件，为车辆提供电能，存储电能，启动发动机等任务。蓄电池支架总成作为车身总成之一，其主要功能是承载和固定蓄电池装置，以保证蓄电池为汽车正常行驶及车内电子系统正常运行供电。

2、蓄电池支架承载着蓄电池的重量，一旦发生断裂将直接导致蓄电池的脱落，动力源中断，容易造成交通事故，因此要求蓄电池支架的结构具有一定的承载能力和使用寿命。虽然目前的蓄电池支架的承载力和使用寿命几乎都能满足需求，但是结构单一，材料利用率较低，不能够满足车辆轻量化的需求，因此需要对蓄电池支架进行优化设计。

3、目前蓄电池支架的优化设计主要以实现结构功能为主，采用简单的计算公式和工程经验进行设计，然后通过有限元分析和数次试验进行验证，整个优化设计过程过于依赖原始结构和工程师的经验，这导致优化设计后的蓄电池支架重量过重或达不到安全强度，难以最大限度地满足降重、降低成本的需求，还可能具有安全风险，并且研发费用较多，优化设计过程复杂，效率较低。

技术实现思路

1、为解决现有的蓄电池支架的优化设计方法依赖原始结构和工程师的经验，使蓄电池支架难以最大限度地满足降重、降低成本的需求，还可能具有安全风险的技术问题，本发明一方面提供了一种汽车蓄电池支架的优化设计方法，另一方面提供了一种汽车蓄电池支架的优化结构。

2、一方面，本发明中一种汽车蓄电池支架的优化设计方法采用的技术方案为：

3、一种汽车蓄电池支架的优化设计方法，蓄电池支架包括底板，底板设有间隙，底板的两侧都设有侧板，侧板上开设有安装孔，两个侧板与底板垂直，侧板上设有加强板，优化设计方法包括以下步骤：

4、s1、建立蓄电池支架的初始模型，设定约束边界条件和多工况载荷条件；

5、s2、选择初始模型的优化区域，设置初始优化目标和初始优化约束条件，基于初始优化目标、约束边界条件、初始优化约束条件和多工况载荷条件，对初始模型的优化区域进行初始拓扑优化，得到传力路径；

6、s3、对初始模型进行传力路径的解读，设置详细优化目标和详细优化约束条件，基于详细优化目标和详细优化约束条件对解读后的初始模型进行详细优化，得到二次模型；

7、s4、基于二次模型，在两个侧板与各自加强板的搭接处、底板与两个侧板的搭接处创建beam单元，模拟焊缝连接，设置焊缝优化目标和焊缝优化约束条件，基于焊缝优化目标和焊缝优化约束条件对beam单元进行焊缝优化，得到最终优化模型；

8、s5、判断最终优化模型是否满足设计要求，若满足则完成优化设计，若不满足则重新执行步骤s2。

9、采用上述技术方案，本技术对蓄电池支架进行三次优化设计，分别为初始拓扑优化、详细优化和焊缝优化，不依赖于原始结构和工程师的经验，在保证蓄电池支架的安全强度的基础上，能够最大限度的满足降重、降低成本的需求，提高优化设计效率。

10、作为一种汽车蓄电池支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s3中的详细优化目标为质量最小；设置约束加载点为两个，分别为第一约束加载点和第二约束加载点，第一约束加载点和第二约束加载点分别位于底板与两个侧板的搭接处，步骤s3中的详细优化约束条件包括：蓄电池支架左右对称、约束加载点的应力、第一约束加载点在冲击工况下的位移、第一约束加载点在前进工况下的位移、第一约束加载点在后退工况下的位移、第一约束加载点在左转工况下的位移、第一约束加载点在右转工况下的位移、第二约束加载点在冲击工况下的位移、第二约束加载点在前进工况下的位移、第二约束加载点在后退工况下的位移、第二约束加载点在左转工况下的位移、第二约束加载点在右转工况下的位移。

11、作为一种汽车蓄电池支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s3中的详细优化还包括尺寸优化、形状优化和自由形状优化，尺寸优化、形状优化和自由形状优化包括：调整蓄电池支架中各个零部件的尺寸、开孔大小及底板上的间隙大小。

12、作为一种汽车蓄电池支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s4中的焊缝优化目标为质量最小；步骤s4中的焊缝优化约束条件包括：蓄电池支架左右对称、约束加载点的应力、第一约束加载点在冲击工况下的位移、第一约束加载点在前进工况下的位移、第一约束加载点在后退工况下的位移、第一约束加载点在左转工况下的位移、第一约束加载点在右转工况下的位移、第二约束加载点在冲击工况下的位移、第二约束加载点在前进工况下的位移、第二约束加载点在后退工况下的位移、第二约束加载点在左转工况下的位移、第二约束加载点在右转工况下的位移、焊缝优化体积分数的大小；焊缝优化体积分数为vh＝vq-vc/vc，其中vq为焊缝优化当前迭代时的体积，v0为beam单元的初始体积。

13、作为一种汽车蓄电池支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s1中的约束边界条件包括：约束安装孔的x方向、y方向和z方向的移动和转动。

14、作为一种汽车蓄电池支架的优化设计方法的优选的实现方式，将蓄电池的质心作为多工况载荷条件的载荷加载点，步骤s1中的多工况载荷条件包括：冲击工况下的-z方向的载荷，前进工况下的x方向的载荷和-z方向的载荷，后退工况下的x方向的载荷和-z方向的载荷，左转工况下的y方向的载荷和-z方向的载荷，右转工况下的y方向的载荷和-z方向的载荷。

15、作为一种汽车蓄电池支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s2中的初始优化目标为质量最小；步骤s2中的初始优化约束条件包括：最小单元尺寸的大小，载荷加载点的位移、载荷加载点的应力、初始优化体积分数的大小；初始优化体积分数为vf＝vi-v0/v0，其中vi为初始拓扑优化当前迭代时的体积，v0为初始模型的优化区域的初始体积。

16、作为一种汽车蓄电池支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s5中判断最终优化模型是否满足设计要求包括：基于步骤s1中的约束边界条件和多工况载荷条件，对最终优化模型进行结构分析、工艺分析和有限元分析。

17、另一方面，本发明中一种汽车蓄电池支架的优化结构的技术方案为：

18、一种汽车蓄电池支架的优化结构，其采用上述任一所述的一种汽车蓄电池支架的优化设计方法制造而成，优化蓄电池支架包括优化底板本体，优化底板本体包括平行设置的第一优化底板和第二优化底板，优化底板本体的两侧都垂直设有一个优化侧板，每个优化侧板的底部都与第一优化底板和第二优化底板搭接，每个优化侧板的后方都向优化底板本体的方向垂直弯折形成弯折部，每个弯折部都设有优化加强板，优化加强板与弯折部贴合，优化加强板位于弯折部朝向优化底板本体的一侧；优化侧板顶部的边缘包括第一水平段，第一水平段靠近弯折部设置，第一水平段与优化底板本体平行，第一水平段远离弯折部的端部与倾斜段的一端连接，倾斜段向接近优化底板本体的方向倾斜，倾斜段的另一端与第二水平段连接，第二水平段与优化底板本体平行；优化侧板上开设有若干个沿倾斜段的倾斜方向设置的开孔。

19、本发明的有益效果在于：

20、本技术对蓄电池支架进行三次优化设计，分别为初始拓扑优化、详细优化和焊缝优化，不依赖于原始结构和工程师的经验，在保证蓄电池支架的安全强度的基础上，能够最大限度的满足降重、降低成本的需求，提高优化设计效率。