(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210583015.X (22)申请日 2022.05.25 (71)申请人 福建工程学院 地址 350118 福建省福州市大 学城学园路3 号 (72)发明人 林光磊　王靖安　黄登峰　肖开政　 张建春　 (74)专利代理 机构 北京科名专利代理有限公司 11468 专利代理师 陈朝阳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 113/24(2020.01) (54)发明名称 基于拓扑优化的车体结构件截面结构设计 方法 (57)摘要 本发明公开一种基于拓扑优化的车体结构 件截面结构设计方法， 包括步骤S1， 采用三维软 件建立型材截面原始模型； 步骤S2， 对原始模型 进行三维网格划分， 并对原始模型赋予材料属 性； 步骤S3， 建立拓扑优化方案； 步骤S4， 根据步 骤S3中得到的优化分布结果， 针对性设计添加相 应的加强筋， 完成三维建模得到三维模型。 本发 明专利将型材横截面的中间区域作为设计区域， 以其优化区域的剩余体积百分比小于40％作为 约束， 最小化加权柔度作为目标函数， 通过 Optistruct求解器进行拓 扑优化， 优 化型材横 截 面的材料分布， 充分发挥铝合金具有的良好塑性 成型性能优势， 可对其横断面结构设计出异型但 更科学壁厚更薄的材料分布形状， 使其满足车厢 强度、 刚度要求的同时尽可能轻量 化。 权利要求书1页 说明书5页 附图8页 CN 114970267 A 2022.08.30 CN 114970267 A 1.一种基于 拓扑优化的车体结构件 截面结构设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1， 采用三维软件建立型 材截面原 始模型； 步骤S2， 将步骤S1构建的型材截面原始模型导入Hypermesh软件中， 对原始模型进行三 维网格划分， 并对原 始模型赋予材料属性； 步骤S3， 建立拓扑优化方案； 具体步骤 包括： 步骤S31， 构建含有原 始模型的有限元模型； 步骤S32， 根据受力工况， 设置有限元分析模型的约束； 步骤S33， 将原始模型中心位置的部分作为优化区域， 并将原始模型网格密度作为设计 变量， 优化区域的剩余体积小于40％作为约束， 加权柔度最小作为目标函数， 利用 Optistruct求解器求解计算， 步骤S34， 在Hyperview软件中观察得到型 材横截面拓扑优化后的材 料优化分布； 步骤S4， 根据步骤S3中得到的优化分布结果， 观察其密度分布， 针对性设计添加相应的 加强筋， 并在So lidworks软件中完成三维建模得到三维模型。 2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的车体结构件截面结构设计方法， 其特征 在于， 所述的步骤S1中， 好包括将原 始模型的圆角部位进行简化的步骤。 3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的车体结构件截面结构设计方法， 其特征 在于， 所述的步骤S2中， 立柱原始模 型赋予材料属性为， 材料选择6061 ‑T6铝合金， 性能参数 为： 弹性模量70Gpa、 泊松比0.3、 密度2.73g/ cm3。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114970267 A 2基于拓扑优化的车 体结构件截面 结构设计方 法 技术领域 [0001]本申请涉及机械加工技术领域， 尤其涉及 一种基于拓扑优化的车体结构件截面结 构设计方法。 [0002] 背景技术 [0003]近年来， 伴随我国电子电子商务行业的发展， 与其息息相关的物流行业近年来也 发展迅速， 目前我国社会物流总额已超过300万亿元/年， 但是物流行业依旧存在运输能耗 高等日趋严酷的节 能减排环保难题， 为了应对 日益突出 的能源危机和环保问题， 对物流车 的轻量化工作刻不容缓， 其中物流车 的部件轻量化制 造是其主要努力方向之一， 而物流车 角立柱作为连接物 流车厢侧墙和前、 后墙的关键部件， 在 对其进行轻量化设计时， 除了采用 铝合金等轻质结构材料制 造外， 如何更科学设计其型材 的横断面形状与材料厚度， 使其在 满足其连接可靠性和强度/刚度要求的同时尽可能轻量 化， 具有迫切且现实的重要意 义。 [0004]另外， 物流车承载底板是其关键部件之一， 除了采用铝合金等轻质结构材料制造 外， 如何更科学设计其底板拼装用铝合金型材 的横断面形状与连接结构， 使其在满足预定 承载力的同时尽可能减重轻量 化， 具有迫切且现实的重要意 义。 [0005]上述物流车厢角立柱多采用空腔结构的铝合金型材制造， 该型材的横断面结构设 计通常是依靠经验对其空腔添加相 应的加强筋， 以提高结构的强度和刚度， 上述物流车厢 承载底板总成是由一个个空腔结构的扁宽铝合金型材横拼装焊接而成， 其拼装型材的横断 面结构设计多是依靠经验对其空腔添加相 应的加强筋， 以提高其底板承载力， 现有技术的 依靠经验的结构设计， 难免造成材 料的无谓浪费， 也影响了轻量 化效果。 [0006] 发明内容 [0007]本发明的发明目的是提供一种基于 拓扑优化的车体结构件 截面结构设计方法。 [0008]为实现本发明的发明目的， 本发明提供的技 术方案是： 一种基于 拓扑优化的车体结构件 截面结构设计方法， 包括以下步骤： 步骤S1， 采用三维软件建立型 材截面原 始模型； 步骤S2， 将步骤S1构建的型材截面原始模型导入Hypermesh软件中， 对原始模型进 行三维网格划分， 并对原 始模型赋予材料属性； 步骤S3， 建立拓扑优化方案； 具体步骤 包括： 步骤S31， 构建含有原 始模型的有限元模型； 步骤S32， 根据受力工况， 设置有限元分析模型的约束； 步骤S33， 将原始模型中心位置的部分作为优化区域， 并将原始模型网格密度作为 设计变量， 优化区域的剩余体积小于40％作为约束， 加权柔度最小作为目标函数， 利用 Optistruct求解器求解计算，说　明　书 1/5 页 3 CN 114970267 A 3