【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构框架优化设计领域，更具体地说，涉及一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法。
技术介绍
1、在汽车行业中，商用车是当之无愧的燃油消耗和污染排放大户，而重卡车型则是“大户”中的“头号大户”。目前，在双碳战略推进下，重卡电动化是推动绿色低碳转型、促进高质量发展和生态文明建设的大势所趋。且由于换电重卡双碳战略叠加政策支持和供给侧“给力”，换电重卡迎来了强劲的发展势头，使得换电占比逆势提升，推动了当前新能源重卡的持续增长。
2、换电重卡的核心技术模块是车载换电系统，包含底座和上框，搭载一个动力电池包，换电重卡的续航里程目前只有200km，使得换电重卡难以实现很好的长途货物运输。因此，增加续航成为了换电重卡必须要解决的问题之一。
3、通常情况下，续航里程的增加与电池容量和电池密度相关，但是，由于换电重卡的车身重量大，仅靠增加电池容量和电池密度对于续航里程的增加是有限的，尤其是，在增加电池容量的同时也会增加车辆重量。因此，需要在电池技术取得突破的同时，在车身轻量化上进行进一步研究，从而提高车辆的动力性、制动性和经济性。
4、电动卡车普遍要比同类型的柴油卡车重很多，电动卡车的自重大，是由于单个电池能量密度也有限，为了增加续航里程，只能通过增加电池的数量，由此现在电动卡车自重较大。车身轻量化技术的应用可以提升车辆的性能，解放制造力，提高工作质量和效率。通过采用轻量化技术，新能源汽车的性能可以得到提升，并且能够节约成本。
5、目前而言，新能源重型卡车因为电池包过大、零部件较多等原因
6、中国专利申请号为：cn202210716271.1，公开日为：2023年1月3日的专利文献，公开了一种用于电动车辆的电池箱包括铝铸件，所述铝铸件在所述电动车辆的biw或底盘纵梁之间延伸并与所述电动车辆的biw或底盘纵梁接合。所述铝铸件包括底壁、侧壁和多个横向构件，所述侧壁具有固定地附接到所述车辆的所述biw或底盘纵梁的一对纵梁。所述底壁、所述侧壁和所述多个横向构件限定具有多个电池舱和至少一个挤压区的结构外壳，并且所述结构外壳是所述电动车辆的承载构件。
7、中国专利申请号为：cn202211536866.5，公开日为：2023年3月21日的专利文献，公开了一种高强度轻量化新能源汽车电池壳体，包括主框架、拉线和密封层，主框架由多个框架单元围合呈两端开口的筒状，密封层覆盖在主框架的一端，框架单元的一侧上开有若干穿线孔，框架单元另一侧设有导线槽，拉线包括经线和纬线，经线和纬线均穿过至少两个框架单元及框架单元上的穿线孔和导线槽，经线和纬线在主框架的同一端交织呈网状；还包括若干刚性气凝胶块，刚性气凝胶块沿拉线布置且位于主框架内侧，刚性气凝胶块之间相互贴触，靠近框架单元的刚性气凝胶块与框架单元相抵。
8、上述两个方案中，均针对汽车的轻量化设计，对电池箱的结构进行了优化，但是，二者只介绍了优化后的电池箱的具体结构，并没有关于如何对现有的电池箱框架进行轻量化优化得到最佳电池箱结构框架的方法。此外，上述两个方案从附图可以看出，其主要针对于新能源汽车，其优化后的框架并不适用于换电重卡。
技术实现思路
1、1、要解决的问题
2、针对现有技术尚没有如何对换电重卡的电池箱进行轻量化结构优化的方法的问题，本专利技术提供一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，能够对现有的电池箱框架进行轻量化优化，在保证框架强度的同时，减轻框架重量。
3、2、技术方案
4、为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。
5、一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，包括以下步骤：
6、步骤1：构建当前结构框架的不同工况模型；
7、步骤2：通过有限元计算，获得结构框架在不同工况下的应力分布云图，确定结构框架的危险位置，确定结构框架的安全性；
8、步骤3：以质量最小为优化目标，优化条件满足材料安全性要求，实施拓扑优化，并根据轻量化设计的需求，采用轻量化材料降低电池箱的重量；
9、步骤4：优化结构框架的安全性。
10、作为技术方案的进一步改进，所述步骤1中，不同工况包括x、y、z方向的随机振动。
11、作为技术方案的进一步改进，所述步骤1中，模型的零件采用实际的焊缝连接、螺栓连接和梁的接触关系来实现模型的组合。
12、作为技术方案的进一步改进，所述步骤1中，作用于结构框架的载荷包括：结构框架自重、电池包总成、冷却系统、高压盒和控制系统对结构框架的压力。
13、作为技术方案的进一步改进，所述步骤2中，将结构框架的最大应力与材料最大rms应力进行比较，确定结构的安全性。
14、作为技术方案的进一步改进，所述步骤3中，目标函数为框架质量最小，条件为框架在不同工况下最大应力满足材料性能。
15、作为技术方案的进一步改进，所述步骤3具体过程为：选取框架中间立柱支撑结构面作为设计变量，中间立柱支撑结构面模型采取体单元进行优化，将随机振动工况作为优化的基准条件，并将应力作为关键的约束条件，构建以下数学模型：
16、目标函数：
17、应力约束：σmax≤σ≤σe；
18、设计变量：xi l≤xi≤xi u；
19、其中，m为结构框架总重量；ρ为材料密度；n为单元数目；vi为单元体积；σmax为分析过程中节点最大von mises应力值；σe为许用最大应力；xi为设计变量；xi l为取值下限；xi u为取值上限；
20、然后根据模型确定结构框架的可优化区域和选用轻量化材料。
21、作为技术方案的进一步改进，所述步骤3中，确定优化的数学模型之后，将原问题以目标函数趋近加罚函数的方式转换为无约束问题，使每一步迭代朝最小化目标函数的方向进行。
22、作为技术方案的进一步改进，所述步骤3中，选取中间立柱支撑面作为可优化区域。
23、作为技术方案的进一步改进，所述步骤3中，选取t700矩形管作为轻量化材料。
24、3、有益效果
25、相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
26、(1)本专利技术一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，通过结构框架在不同工况下的安全性特征，依据应力分布行为，实施结构优化，可具体明确的解决实际的框架危险性问题，并对比优化前后的安全性特征，明确优化效果。
27、(2)本专利技术一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，以轻量化为目标函数，并结合结构强度，利用拓扑优化，获得最优的结构，并结合实用性，调整模型结构。
28、(3)本专利技术一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，
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1.一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤1中，不同工况包括X、Y、Z方向的随机振动。
3.根据权利要求1所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤1中，模型的零件采用实际的焊缝连接、螺栓连接和梁的接触关系来实现模型的组合。
4.根据权利要求1所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤1中，作用于结构框架的载荷包括：结构框架自重、电池包总成、冷却系统、高压盒和控制系统对结构框架的压力。
5.根据权利要求1所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤2中，将结构框架的最大应力与材料最大RMS应力进行比较，确定结构的安全性。
6.根据权利要求2所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤3中，目标函数为框架质量最小，条件为框架在不同工况下最大应力满足材料性能。
7.根据权利要求6所述的一种重卡电池箱
8.根据权利要求7所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤3中，确定优化的数学模型之后，将原问题以目标函数趋近加罚函数的方式转换为无约束问题，使每一步迭代朝最小化目标函数的方向进行。
9.根据权利要求8所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤3中，选取中间立柱支撑面作为可优化区域。
10.根据权利要求9所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤3中，选取T700矩形管作为轻量化材料。
...【技术特征摘要】
1.一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤1中，不同工况包括x、y、z方向的随机振动。
3.根据权利要求1所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤1中，模型的零件采用实际的焊缝连接、螺栓连接和梁的接触关系来实现模型的组合。
4.根据权利要求1所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤1中，作用于结构框架的载荷包括：结构框架自重、电池包总成、冷却系统、高压盒和控制系统对结构框架的压力。
5.根据权利要求1所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所述步骤2中，将结构框架的最大应力与材料最大rms应力进行比较，确定结构的安全性。
6.根据权利要求2所述的一种重卡电池箱的结构框架的轻量化优化方法，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄贞益，章凌权，张文彬，黄华钦，刘洋，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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