(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 202210847525.3 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 中国第一汽车股份有限公司 地址 130011 吉林省长 春市长春汽车经济 技术开发区新红旗大街1号 (72)发明人 孟夏蕾　李继川　李耀　韩超　 武小一　王念强　朱学武　 (74)专利代理 机构 长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 专利代理师 崔斌 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 一种空心铸造副车架的正向优化设计方法 (57)摘要 本发明属于CAE仿真技术领域， 具体的说是 一种空心铸 造副车架的正向优化 设计方法。 本发 明根据空心铸造零件 “不规则的形状复杂的空腔 体”的形状特征， 在设计过程中伴随一系列不同 的优化算法来进行较精确的外形描述。 整个设计 过程将刚度性能达成和强度性能达成以类似解 耦的方式拆分成两个阶段， 由于整个 设计过程中 使用了加权柔度最小化、 质量最小化等目标， 并 且在前期概念设计时使用了固定的特征厚度t， 在此特征下求解高度和宽度具有高效利用材料 的效果， 因此整个 设计过程具有轻量化的设计效 果。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115310194 A 2022.11.08 CN 115310194 A 1.一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 根据悬架硬点布置和接口定义， 设计副车架传力路径和结构框架； 步骤二、 根据副车架传力路径和结构框架将整个框架结构离散化， 用空心矩形截面的 梁单元搭建副车架简化框架有限元模型； 步骤三、 确定副车架概念框架设计线； 步骤四、 确定副车架三维概念轮廓面； 步骤五、 绘制初版概念三维几何； 步骤六、 对初版概念三维几何的刚度和模态性能进行验证和迭代； 步骤七、 确定工艺孔、 降重孔的位置和优先顺序； 步骤八、 绘制初版详细三维几何； 步骤九、 对初版详细三维几何数据进行有限元强度耐久性能分析和工艺可 行性分析； 步骤十、 设计完成。 2.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特征在于， 所述 步骤一的具体方法如下： 硬点布置包括副车架前安装点、 后安装点、 控制臂连接点、 悬置连接点和转向机连接 点； 明确副车架所有载荷的传力路径需求， 并确定副车架的组成部 分， 根据传力路径需求设 计副车架传力路径； 根据副车架的组成部分 设计结构框架。 3.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特征在于， 所述 步骤二的具体方法如下： 用空心矩形截面的梁单元搭建副车架简化框架有限元模型： 将副车架的各部分分成小 段， 每个小 段用一个梁单元代 替； 分段离散化完成后， 将所有 单元的厚度固定为统一的特征 厚度t， t为铸造工艺可全场稳定达到的最小厚度， 所有梁单元的截面宽度W和高度H设置为 全场一致的统计数据， 统计数据W和H由已有车 型的副车架截面尺寸计算均值得 出。 4.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特征在于， 所述 步骤三的具体方法如下： 取对称模型的一侧， 以所有节点的x、 y、 z坐标作为设计变量， 以设计空间的尺寸限制作 为约束， 以所有刚度工况 的加权柔度作为 目标， 计算加权柔度最小化时各个节点在设计空 间内的位置变化量， 每个节点由原始坐标和坐标变化量计算得出新位置坐标， 所有节点的 新位置连成的线即为副车架概念框架设计线。 5.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特征在于， 所述 步骤四的具体方法如下： 将步骤三确定的模型沿着对称轴做对称， 补齐对称轴另一侧的单元， 每一对左右对称 的单元使用相同的尺寸变量； 仍然固定梁单元厚度为特征厚度t， 以各个梁单元宽度Wi、 高 度Hi为变量， 以全部刚度工况的刚度目标值和模态频率目标值为约束， 进行质量最小化参 数化优化， 计算得出所有梁单元 的新尺寸， 由所有不同宽度和高度的梁单元构成的阶梯状 不连续表面即为副车架的三维概念轮廓面。 6.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特征在于， 所述 步骤五的具体方法如下： 对副车架主体的每一个组成部分， 由离散的三维概念轮廓面依次生成连续光滑的曲权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310194 A 2线、 曲面和三 维实体； 再由连续光滑的曲线中两两相 邻的两条线分别生成光滑曲面， 然后用 圆角连接光滑曲面， 得到一个连续的空腔曲面， 将这个空腔作为副车架任一组成部分的外 表面； 由外表面向空腔 内侧推移特征厚度t， 作为副车架任一组成部分的内表面； 由副车架 任一组成部分的内表面和外表面， 得出空心铸造的三维实体； 依 次对副车架的每一个部分 进行光滑处 理， 再将所有的部分接合在一 起， 就得到整个副车架的初版概念三维几何。 7.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特征在于， 所述 步骤六的具体方法如下： 对初版概念几何进行有限元刚度和模态分析， 验证概念几何的刚度模态性能偏差， 如 果偏差在可接受的范围内， 则不需要迭代直接进入 下一步， 如果刚度和模态偏差需要调整， 则按照实际结果和原设计目标的比例关系， 重新设置各个工况的新 目标值， 进行优化迭代 计算， 得出新的离散几何， 再绘制成新的连续几何并进行有限元验证， 直到偏差满足要求， 得到满足刚度和模态性能要求的概念三维几何。 8.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特征在于， 所述 步骤七的具体方法如下： 将不能挖孔的位置单独设置为不参与拓扑优化的部分， 其余设置为参与拓扑优化的部 分， 对概念三 维几何进 行拓扑优化得出挖孔的可行位置； 依次设置不同级别的质量百分比， 通过孔出现的先后顺序和大小变化， 得 出挖孔的优先顺序， 确定 工艺孔和降重孔的位置 。 9.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架的正向优化设计方法， 其特征在于， 所述 步骤八的具体方法如下： 根据概念三维几何， 工艺孔、 降重孔位置和副车架上所有接口的尺寸要求， 绘制初版详 细三维几何数据。 10.根据权利要求1所述的一种空心铸造副车架 的正向优化设计方法， 其特征在于， 所 述步骤九的具体方法如下： 对初版详细三维几何数据进行有限元强度耐久性 能分析和工艺可行性分析， 如不满足 要求， 则进行微调修改， 对于不满足强度耐久性能的位置， 通过局部加厚、 局部加筋和内表 面加贯通筋进行局部微调， 包括外表面局部加厚、 内表面局部加厚、 外表面局部简单加筋、 内表面局部简单加筋、 内表面加上下联通的贯通筋； 对于不满足工艺要求的位置， 通过调整 浇注位置和增加浇注 通道进行局部进 行调整， 直至得到强度耐久性能和工艺均满足要求的 设计结构。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310194 A 3