【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构优化设计方法，具体涉及一种载货汽车油箱支架的优化设计方法及结构。
技术介绍
1、当载货汽车的载货重量在标准载重范围内，若载货汽车的自重较大，超过路面的承载力时，需要减轻载货重量以保护路面，这样会增加载货汽车的运输成本。并且，当载货汽车的自重较大时，耗油量也越大，所用制造材料也较多，不利于环保，且增加了使用成本和制造成本，对车辆性能也有一定不良影响。因此，在不影响车辆结构强度和安全性能的前提下，充分减轻载货汽车上各个部件的重量以降低整体重量，能够降低成本，利于环保。
2、汽车燃油供给系统是汽车动力的来源，其中的油箱支架是用于将油箱总成固定于车架上的部件，油箱支架支撑着油箱的质量，一旦发生断裂将会直接导致油箱的脱落，动力源中断，容易造成交通事故，因此要求油箱支架具备一定的强度和使用寿命，满足整车的使用要求，提高燃油供给系统的可靠性。然而，在满足了结构强度和使用寿命的基础下，现有的油箱支架通常设计为l型结构，结构单一，材料利用率较低，不能满足载货汽车降重、降低成本的需求，因此需要对油箱支架进行优化设计。
3、业内常规的优化设计方法通常是采用简单的计算公式和工程经验进行初步设计，设计完成后再通过有限元分析、试验验证。然而，此种方法依赖于原始结构和工程师的经验，并不能最大限度的满足降重、降低成本的需求，并且所进行的试验次数较多，增加了研发费用，复杂了优化设计过程，效率较低。
技术实现思路
1、为解决现有的油箱支架优化设计方法依赖于原始结构和工程师的经
2、一方面，本专利技术中一种载货汽车油箱支架的优化设计方法采用的技术方案为：
3、一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，油箱支架一侧连接车架纵梁，另一侧连接并支撑油箱总成，其包括以下步骤：
4、s1.建立油箱支架的初始三维模型，将初始三维模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型，定义有限元模型的材料属性，定义单元类型为rbe2单元，并设定约束边界条件和多工况载荷条件；
5、s2.选择有限元模型的优化区域，设置目标函数，在优化区域内进行拓扑优化，得到优化模型；
6、s3.根据约束边界条件和多工况载荷条件，对优化模型进行结构分析和工艺分析，根据结构分析和工艺分析的结果，判断优化模型的结构和工艺是否满足设计要求，若满足设计要求，则完成优化设计，若不满足设计要求，则重新执行步骤s2。
7、采用上述方法步骤，基于拓扑优化，优化设计油箱支架，不依赖于原始结构和工程师的经验，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。
8、作为一种载货汽车油箱支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s1中初始三维模型包括油箱支架、车架纵梁和油箱总成，油箱总成竖直方向上的外周壁设置有捆带，捆带的位置与油箱支架的位置对应，并将满油状态下的油箱总成简化为质量点加载到初始三维模型中。
9、作为一种载货汽车油箱支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s1中约束边界条件包括：约束车架纵梁两端的x方向、y方向和z方向的移动和转动。
10、作为一种载货汽车油箱支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s1中多工况载荷条件包括：冲击工况下的-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，加速工况下的x方向的载荷和-z方向的载荷，减速工况下的x方向的载荷和-z方向的载荷。
11、作为一种载货汽车油箱支架的优化设计方法的优选的实现方式，载荷施加点为油箱总成与油箱支架及捆带的接触位置抓取的rbe2单元的主节点处，主节点位于油箱总成质心点处。
12、作为一种载货汽车油箱支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s2中选择有限元模型的优化区域包括：从有限元模型中的油箱支架的最外侧轮廓开始，沿车架纵梁的长度方向对油箱支架填充实体单元，将填充后的油箱支架作为有限元模型的优化区域。
13、作为一种载货汽车油箱支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s2中目标函数为：
14、采用变密度法，将优化区域离散为实体网络，以体积分数为约束条件，以最小柔度为目标函数，保证结构的最大刚度，拓扑优化结果以单元的伪密度显示，使单元伪密度趋近于0或者1，其中拓扑优化的数学模型如下：
15、目标函数uc＝min；
16、约束函数vf＝（vi-v0）/v0，0＜vf≤1；
17、其中，uc为柔度，与刚度呈反比；vi为当前迭代时的体积，v0为优化区域的初始体积。
18、作为一种载货汽车油箱支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s1还包括：基于约束边界条件和多工况载荷条件，对有限元模型的结构进行有限元分析，计算有限元模型的结构在各个工况下的最大应力及最大位移；步骤s3中根据约束边界条件和多工况载荷条件，对优化模型进行结构分析和工艺分析包括：基于约束边界条件和多工况载荷条件，对优化模型的结构进行有限元分析，计算优化模型的结构在各个工况下最大应力及最大位移；步骤s3中判断优化模型的结构和工艺是否满足设计要求包括：若优化模型的结构在各工况下最大应力均小于有限元模型的结构在各工况下最大应力，且优化模型的结构在各工况下最大位移均小于有限元模型的结构在各工况下最大位移，则优化模型的结构满足设计要求。
19、作为一种载货汽车油箱支架的优化设计方法的优选的实现方式，步骤s1还包括：使用工艺分析软件对有限元模型的结构进行工艺分析；步骤s3中根据约束边界条件和多工况载荷条件，对优化模型进行结构分析和工艺分析包括：使用工艺分析软件对优化模型的结构进行工艺分析。
20、另一方面，本专利技术中一种载货汽车油箱支架的结构采用的技术方案为：
21、一种载货汽车油箱支架的结构，其为根据上述任一所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法中的优化模型的结构，从优化模型的顶部向下，优化模型沿车架纵梁长度方向上的尺寸逐渐缩小；优化模型的横截面呈“几”字型。
22、本专利技术的有益效果为：
23、基于拓扑优化，优化设计油箱支架，不依赖于原始结构和工程师的经验，使得优化后的油箱支架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。
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1.一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，所述油箱支架（1）一侧连接车架纵梁（2），另一侧连接并支撑油箱总成（3），其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤S1中所述初始三维模型（5）包括所述油箱支架（1）、所述车架纵梁（2）和所述油箱总成（3），所述油箱总成（3）竖直方向上的外周壁设置有捆带（4），所述捆带（4）的位置与所述油箱支架（1）的位置对应，并将满油状态下的所述油箱总成（3）简化为质量点加载到所述初始三维模型（5）中。
3.根据权利要求2所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤S1中所述约束边界条件包括：约束车架纵梁（2）两端的X方向、Y方向和Z方向的移动和转动。
4.根据权利要求2所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤S1中所述多工况载荷条件包括：冲击工况下的-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，加速工况下的X方向的载荷和-Z方向的载荷，减速工况下的X方向的载荷和-Z方向的
5.根据权利要求4所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，载荷施加点（7）为所述油箱总成（3）与所述油箱支架（1）及所述捆带（4）的接触位置抓取的RBE2单元的主节点处，主节点位于油箱总成（3）质心点处。
6.根据权利要求2所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤S2中所述选择所述有限元模型的优化区域包括：从有限元模型中的所述油箱支架（1）的最外侧轮廓开始，沿所述车架纵梁（2）的长度方向对所述油箱支架（1）填充实体单元，将填充后的所述油箱支架（1）作为所述有限元模型的优化区域。
7.根据权利要求1所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤S2中所述目标函数为：
8.根据权利要求1所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤S1还包括：基于所述约束边界条件和所述多工况载荷条件，对所述有限元模型的结构进行有限元分析，计算所述有限元模型的结构在各个工况下的最大应力及最大位移；
9.根据权利要求1或8所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤S1还包括：使用工艺分析软件对所述有限元模型的结构进行工艺分析；
10.一种载货汽车油箱支架的结构，其为根据权利要求1-9任一所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法中的优化模型（6）的结构，其特征在于，从所述优化模型（6）的顶部向下，所述优化模型（6）沿所述车架纵梁（2）长度方向上的尺寸逐渐缩小；所述优化模型（6）的横截面呈“几”字型。
...【技术特征摘要】
1.一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，所述油箱支架（1）一侧连接车架纵梁（2），另一侧连接并支撑油箱总成（3），其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤s1中所述初始三维模型（5）包括所述油箱支架（1）、所述车架纵梁（2）和所述油箱总成（3），所述油箱总成（3）竖直方向上的外周壁设置有捆带（4），所述捆带（4）的位置与所述油箱支架（1）的位置对应，并将满油状态下的所述油箱总成（3）简化为质量点加载到所述初始三维模型（5）中。
3.根据权利要求2所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤s1中所述约束边界条件包括：约束车架纵梁（2）两端的x方向、y方向和z方向的移动和转动。
4.根据权利要求2所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，步骤s1中所述多工况载荷条件包括：冲击工况下的-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，加速工况下的x方向的载荷和-z方向的载荷，减速工况下的x方向的载荷和-z方向的载荷。
5.根据权利要求4所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，其特征在于，载荷施加点（7）为所述油箱总成（3）与所述油箱支架（1）及所述捆带（4）的接触位置抓...
【专利技术属性】
技术研发人员：田延芳，孙雪，赵武祥，刘鹏，崔震，郭继文，李静，
申请(专利权)人：合智数创山东科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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