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CN116361909A - 商用车货箱结构疲劳寿命优化方法及装置 - Google Patents

商用车货箱结构疲劳寿命优化方法及装置 Download PDF

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CN116361909A
CN116361909A CN202310207921.4A CN202310207921A CN116361909A CN 116361909 A CN116361909 A CN 116361909A CN 202310207921 A CN202310207921 A CN 202310207921A CN 116361909 A CN116361909 A CN 116361909A
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CN
China
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simulation
initial
dimensional
parameters
Prior art date
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CN202310207921.4A
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魏绍东
董现春
姚野
韩龙帅
肖宝亮
李晓林
吕博
周旬
梁江涛
刘朋
刘新垚
陈炜煊
王凤会
徐海卫
于孟
李学涛
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Shougang Group Co Ltd
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Shougang Group Co Ltd
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Abstract

本说明书实施例公开一种商用车货箱结构疲劳寿命优化方法及装置，方法包括：建立商用车货箱的三维结构模型；对三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型；对三维网格模型中的N个部件设定初始仿真参数，得到初始三维模型；对初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到每个工况下的仿真结果；基于每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对每个部件的初始仿真参数进行优化，以使参数优化后对应的目标三维模型的疲劳寿命最长。上述方案中，可以在商用车货箱的设计初期得到各个部件的参数最佳配比，使货箱服役寿命最长，有效的降低了货箱整车开发的设计周期和成本。

Description

商用车货箱结构疲劳寿命优化方法及装置
技术领域
本说明书实施例涉及车辆结构设计领域，尤其涉及一种商用车货箱结构疲劳寿命优化方法及装置。
背景技术
货箱作为商用车上体积最大的部件，是运输货物的直接承载体，更是商用车重要组成部分之一，在满足刚度、轻度、减重等需求的情况下，对货箱进行疲劳寿命的优化设计可以很大程度的提高整车经济性。目前，商用车结构设计多关注于各工况下的安全性，而在实际工程中疲劳损伤导致的货箱寿命降低最为明显。另外，现有技术中多采用整车路试的方法验证货箱的疲劳寿命，这极大增加了货箱的开发周期和成本。
发明内容
本说明书实施例提供及一种商用车货箱结构疲劳寿命优化方法及装置。
第一方面，本说明书实施例提供一种商用车货箱结构疲劳寿命优化方法，包括：
建立商用车货箱的三维结构模型；
对所述三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型；
对所述三维网格模型中的N个部件设定初始仿真参数，得到初始三维模型，N为正整数；
对所述初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到每个工况下的仿真结果，所述仿真结果包括所述静态工况下所述初始三维模型中货箱结构的位移和Mises应力，所述自由模态工况下所述初始三维模型中货箱结构的固有频率，以及所述疲劳工况下所述初始三维模型中货箱结构的疲劳寿命；
基于所述每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对每个部件的初始仿真参数进行优化，以使参数优化后对应的目标三维模型的疲劳寿命最长。
可选地，所述对所述三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型，包括：
对所述三维结构模型进行中面抽取，并对中面抽取后的模型进行几何清理；
对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，将通过所述网格质量检查的模型作为所述三维网格模型。
可选地，所述对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，包括：
采用四边形单元以及三角形单元对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，其中，所述三角形单元的数量与全部网格单元的数量的比值小于预设比值。
可选地，所述仿真参数包括材料参数和属性参数；所述材料参数包括弹性模量、泊松比、密度和S-N曲线，所述属性参数包括截面类型和部件的厚度。
可选地，所述静态工况包括满载运输工况，所述满载运输工况对应的装载介质为砂石料，所述满载运输静态工况对应的压力加载方式为净水压力加载方式。
可选地，所述疲劳工况对应的施加载荷为实测道路载荷谱或基于标准路况的载荷。
可选地，所述基于所述每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对所述每个部件的初始仿真参数进行优化，包括：
确定所述每个工况下的仿真结果是否满足预设的仿真约束条件；
若存在不满足所述预设的仿真约束条件的仿真结果，基于每个部件的预设仿真参数取值范围，确定M组仿真参数组合，其中，每组仿真参数组合包含与所述N个部件对应的目标仿真参数，其中，所述M组仿真参数组合与所述N个部件的初始仿真参数所构成的组合不同，M为正整数；
将所述三维网格模型中的N个部件分别设定为与所述M组仿真参数组合对应的参数，得到与M组仿真参数组合对应的M个目标三维模型；
针对每个目标三维模型，分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到该目标三维模型在每个工况下的仿真结果，共获得M组仿真结果；
从所述M组仿真结果中筛选出符合所述预设的仿真约束条件的K组仿真结果，并从所述K组仿真结果中确定出疲劳寿命最长的目标仿真结果，以及将所述目标仿真结果对应的目标仿真参数组合作为所述N个部件优化后的仿真参数，K为正整数。
可选地，所述预设的仿真约束条件包括：货箱结构的最大位移小于预设位移、Mises应力小于对应材料的屈服强度且存在1.5～2倍的安全裕度、固有频率大于振源频率。
第二方面，本说明书实施例提供一种商用车货箱结构疲劳寿命优化装置，包括：
第一模型建立模块，用于建立商用车货箱的三维结构模型；
第二模型建立模块，用于对所述三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型；
第三模型建立模块，用于对所述三维网格模型中的N个部件设定初始仿真参数，得到初始三维模型，N为正整数；
分析模块，用于对所述初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到每个工况下的仿真结果，所述仿真结果包括所述静态工况下所述初始三维模型中货箱结构的位移和Mises应力，所述自由模态工况下所述初始三维模型中货箱结构的固有频率，以及所述疲劳工况下所述初始三维模型中货箱结构的疲劳寿命；
优化模块，用于基于所述每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对每个部件的初始仿真参数进行优化，以使参数优化后对应的目标三维模型的疲劳寿命最长。
第三方面，本说明书实施例提供一种商用车货箱结构疲劳寿命优化装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
第四方面，本说明书实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
本说明书实施例有益效果如下：
本说明书实施例提供方案，在对商用车货箱结构疲劳寿命进行优化的过程中，先建立商用车货箱的三维结构模型，对三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型，对三维网格模型中的N个部件设定初始仿真参数，得到初始三维模型，N为正整数，对初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到每个工况下的仿真结果，仿真结果包括静态工况下初始三维模型中货箱结构的位移和Mises应力，自由模态工况下初始三维模型中货箱结构的固有频率，以及疲劳工况下初始三维模型中货箱结构的疲劳寿命；基于每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对每个部件的初始仿真参数进行优化，以使参数优化后对应的目标三维模型的疲劳寿命最长。上述方案中，可以在商用车货箱的设计初期得到各个部件的参数最佳配比，在满足各项预设的仿真约束条件的同时，使货箱服役寿命最长，有效的降低了货箱整车开发的设计周期和成本。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本说明书的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本说明书实施例提供的一种商用车货箱结构疲劳寿命优化方法流程图；
图2中的A图为本说明书实施例提供的一种商用车货箱的三维结构模型示意图；
图2中的B图为A图中货箱底板的示意图；
图3为本说明书实施例提供的一种商用车货箱结构疲劳寿命优化装置的示意图；
图4为本说明书实施例提供的一种商用车货箱结构疲劳寿命优化装置的示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
如图1所示，为本说明书实施例提供的一种商用车货箱结构疲劳寿命优化方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S101：建立商用车货箱的三维结构模型；
步骤S102：对所述三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型；
步骤S103：对所述三维网格模型中的N个部件设定初始仿真参数，得到初始三维模型，N为正整数；
步骤S104：对所述初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到每个工况下的仿真结果；
其中，所述仿真结果包括所述静态工况下所述初始三维模型中货箱结构的位移和Mises应力，所述自由模态工况下所述初始三维模型中货箱结构的固有频率，以及所述疲劳工况下所述初始三维模型中货箱结构的疲劳寿命。
步骤S105：基于所述每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对每个部件的初始仿真参数进行优化，以使参数优化后对应的目标三维模型的疲劳寿命最长。
本说明书实施例提供的商用车货箱结构疲劳寿命优化方法，可以应用于能够执行仿真分析的电子设备中，例如电脑、智能手机、平板电脑等，这里不做限定。
步骤S101中，建立商用车货箱的三维结构模型可以基于商用车货箱的二维工程图来建立。在具体实施过程中，商用车货箱的二维工程图中包括商用车货箱的各个部件，以及各个部件的连接关系、部件的具体尺寸等信息。在构建三维结构模型时，可以将二维工程图进行适当的简化处理，保留货箱中重要的主体结构，例如底板、边板、侧板、横纵梁、加强筋等，而对于车门销、焊点、螺栓连接、爬梯等非重要结构可以适当去除，连接关系可以在后续仿真分析中通过建立连接单元的方式实现。
如图2中的A图所示，为本说明书实施例提供的一种商用车货箱的三维结构模型示意图，图2中的A图，商用车货箱的部件包括底板201，边板加强筋202，边板203，边板上边框204，第一前板横梁205，前板206，前板斜梁207，前板纵梁208，第二前板横梁209，举升支座210。图2中的B图为A图中货箱底板的示意图，如图2中的B图所示，货箱底板包括底架纵梁211，第一底架横梁212，横梁角加强件213，第二底架横梁214，第三底架横梁215，底架横尾梁216，翻转支座加强217；第二底架横梁加强件218。
步骤S102中，在建立了三维结构模型后，可以将三维结构模型导入有限元分析软件中进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型。
本说明书实施例中，步骤S102可以通过以下步骤实现：对所述三维结构模型进行中面抽取，并对中面抽取后的模型进行几何清理；对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，将通过所述网格质量检查的模型作为所述三维网格模型。
具体来讲，对于中面抽取，由于货箱结构的大多数部件为厚度均匀的薄壁结构，可以采用壳单元(shell section)进行有限元分析。进一步的，对中面抽取后的模型进行几何清理，可以包括但不限于以下清理方式：去除对仿真分析结果无影响的圆角、倒角等小特征，删除重复面，以及填补缺失面等。
对划分的网格进行网格质量检查，包括但不限于确保翘曲量、纵横比、扭曲度、弦差、最小边长、最大边长、雅可比等参数满足工程需求。在一个实施例中，网格质量需要满足翘曲量<5°，纵横比<5，扭曲度<60°，弦差<0.1，雅可比>0.7。
在具体实施过程中，若检测到不合格的网格，可以通过将不合格的网格与相邻网格单元合并，或者将不合格的网格再次划分为若干个小网格等方式来使网格满足网格质量检测的要求。
本说明书实施例中，在进行网格划分时，采用四边形单元以及三角形单元对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，其中，所述三角形单元的数量与全部网格单元的数量的比值小于预设比值。
具体来讲，由于四边形单元的计算精度更高，本说明书实施例中，网格的单元类型应尽可能采用四边形单元。在一个实施例中，模型中的规则平面单元类型均采用四边形单元，过渡区域可采用少量的三角形单元，最终三角形单元数量占全部网格单元数量的比值小于预设比值，其中，预设比值可以根据实际需要进行设定，例如5％、10％等。另外，网格单元的尺寸可以根据模型的实际尺寸和工程需求确定，例如，网格单元的边长的取值范围可以为10-30mm。
步骤S103中，在得到三维网格模型后，对模型中的各个部件进行赋值，具体的，三维网格模型中包括N个部件，例如底板、边板、侧板、横纵梁等，N为正整数，对于每个部件，可以赋予各自的仿真参数。本说明书实施例中，仿真参数可以包括材料参数和属性参数，其中，材料参数可以包括弹性模量、泊松比、密度和S-N曲线，属性参数可以包括截面类型和部件的厚度。当然，除了上述参数，还可以根据实际需要来对各个部件的参数进行设定，这里不做限定。
在具体实施过程中，每个部件的材料可以相同也可以不同，在一个实施例中，每个部件选用相同的材料，对应的弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3，密度为7850Kg/m3，S-N曲线可以通过实验获取。每个部件的属性参数可以根据实际需要进行设定，在一个实施例中，截面类型可以选择壳单元，每个部件的厚度可以根据实际需要进行设定。
需要说明的是，初始仿真参数可以为参数优化前的原始参数，即最初的设计参数，将各个部件对应赋予各自的初始仿真参数，得到初始三维模型。
步骤S104中，为了评估初始仿真参数下商用车货箱的性能，本说明书实施例中，对初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，对每个工况下的初始三维模型进行仿真分析，得到每个工况下的仿真结果。
需要说明的是，静态工况可以包括但不限于货箱满载状态下的运输、启动、制动等。为了便于说明，本说明书实施例中，以静态工况为满载运输工况为例，其中，满载运输工况可以为货箱在满载情况下匀速运行的状态。
在具体实施过程中，满载运输工况对应的装载介质为砂石料，所述满载运输静态工况对应的压力加载方式为净水压力加载方式。其中，净水压力加载方式中，对应的载荷大小计算方式为P＝ρgh，其中，ρ为砂石的密度，砂石的密度约为1300-1600Kg/m3，g为重力加速度，h为货箱的高度。另外，在静态工况中，加载面为货箱内表面，并在底架纵梁及翻转支座安装座施加全约束。通过对静态工况下的货箱进行仿真分析，能够得到初始三维模型中货箱结构的位移和Mises应力。
自由模态工况下，不考虑任何约束的影响，得到的是结构本身的固有特性，通过对自由模型工况下的货箱进行仿真分析，能够得到初始三维模型中货箱结构的固有频率。
在疲劳工况下，对初始三维模型施加的载荷可以为实测道路载荷谱或基于标准路况的载荷，其中，载荷谱或标准路况可以采用六分力传感器测量。在施加的载荷为实测道路载荷谱时，可以将实测道路载荷谱导入Glyphworks软件中处理，并输出到N-code软件中进行疲劳寿命的计算。通过对疲劳工况下的货箱进行仿真分析，能够得到初始三维模型中货箱结构的疲劳寿命。
步骤S105中，在得到初始三维模型在每个工况下的仿真结果后，可以进一步确定是否需要对初始三维模型所对应的初始仿真参数进行优化。在具体实施过程中，确定是否需要对初始仿真参数进行优化可以通过多种方式实现，例如，针对每个仿真结果，都对应有各自的预设仿真约束条件，如果存在仿真结果不满足对应的预设仿真约束条件，则表明需要对初始仿真参数进行优化。或者，如果每个仿真结果均满足对应的预设仿真约束条件，可以判断初始三维模型所对应的疲劳寿命是否为最优的疲劳寿命，若否，则表明需要对初始仿真参数进行优化。
在具体实施过程中，步骤S105可以通过以下步骤实现：
确定所述每个工况下的仿真结果是否满足预设的仿真约束条件；
若存在不满足所述预设的仿真约束条件的仿真结果，基于每个部件的预设仿真参数取值范围，确定M组仿真参数组合，其中，每组仿真参数组合包含与所述N个部件对应的目标仿真参数，其中，所述M组仿真参数组合与所述N个部件的初始仿真参数所构成的组合不同，M为正整数；
将所述三维网格模型中的N个部件分别设定为与所述M组仿真参数组合对应的参数，得到与M组仿真参数组合对应的M个目标三维模型；
针对每个目标三维模型，分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到该目标三维模型在每个工况下的仿真结果，共获得M组仿真结果；
从所述M组仿真结果中筛选出符合所述预设的仿真约束条件的K组仿真结果，并从所述K组仿真结果中确定出疲劳寿命最长的目标仿真结果，以及将所述目标仿真结果对应的目标仿真参数组合作为所述N个部件优化后的仿真参数，K为正整数。
具体来讲，在得到初始三维模型在每个工况下的仿真结果后，先判断每个工况下的仿真结果是否满足预设的仿真约束条件。本说明书实施例中，预设的仿真约束条件包括：货箱结构的最大位移小于预设位移、Mises应力小于对应材料的屈服强度且存在1.5～2倍的安全裕度、固有频率大于振源频率。其中，预设的仿真约束条件中的各个参数值可以根据实际需要进行设定，这里不做限定。在一个实施例中，预设的仿真约束条件可以为：位移小于8mm，Mises应力小于500MPa，固有频率大于50Hz。
进一步的，判断静态工况下得到的位移是否小于预设位移、Mises应力是否小于对应材料的屈服强度且存在1.5～2倍的安全裕度，以及判断自由模态工况下得到的固有频率是否大于振源频率。若上述判断中存在一个或多个判断结果为否，则认为初始三维模型不符合预设的仿真约束条件，需要对初始仿真参数进行优化。
在对初始仿真参数进行优化时，可以根据每个部件的预设仿真参数取值范围进行参数组合，以预设仿真参数为厚度为例，根据各个部件对应的厚度取值范围，得到各部件厚度的不同组合方式，即M组仿真参数组合，M为正整数，其中，预设仿真参数可以根据工程经验或钢材厚度规格确定。需要说明的是，M组仿真参数组合中的每一种组合与初始三维模型对应的初始仿真参数组合均不相同。然后，将每一种仿真参数组合分别赋值到三维网格模型中，重新进行静态工况、自由模态工况以及疲劳工况的仿真分析，得到该仿真参数组合下的各个工况的仿真结果，共获得M组仿真结果。
进一步的，针对每组仿真结果，如果仿真结果满足预设的仿真约束条件，则可以将该组仿真结果作为一组候选参数组合，若仿真结果不满足预设的仿真约束条件，则将该组仿真结果剔除掉。通过这种方式，从M组仿真结果中筛选出候选的K组仿真结果，由于本说明书实施例中的分析目的是使商用车货箱能够实现最优的疲劳寿命，因此，将K组仿真结果中疲劳寿命最长的仿真结果作为目标仿真结果，并将目标仿真结果对应的仿真参数组合作为优化后的仿真参数。
需要说明的是，如果初始三维模型对应的每个工况下的仿真结果均满足对应的预设的仿真约束条件，也可以将初始仿真参数构成的参数组合作为候选的参数组合，即，K组仿真结果中包括初始三维模型对应的仿真结果，并通过上述方式确定出疲劳寿命最长的目标仿真参数组合作为最终的N个部件的仿真参数。
本说明书实施例中，除了上述方式，还可以基于每个部件的预设仿真参数取值范围，通过自动寻优的方式来确定出能够是疲劳寿命达到最优的目标仿真参数组合，这里不做限定。
另外，考虑到商用车货箱的质量对整车节能环保以及整车成本的影响，本说明书实施例中，还可以将货箱质量作为一个仿真约束条件，即在仿真结果中增加货箱质量，判断货箱质量是否小于预设质量。这样，在达到货箱疲劳寿命最优的同时，能够实现货箱轻量化，进一步降低了货箱成本，使整车更加节能环保。
为了更好的理解本说明书实施例提供的商用车货箱结构疲劳寿命优化方法，下面，分别以两个具体实施例来对货箱疲劳寿命优化的实现过程进行描述。
实施例1
在该实施例中，以7.0*2.4*1.5m商用车货箱为例。静态工况为满载运输工况，货箱内表面施加静水压力，底架纵梁和翻转支座施加全约束；疲劳工况中荷采用正弦加载，应力振幅取±1.2ρgh，其中，若货箱的装载介质为砂石料，则ρ为砂石的密度，g为重力加速度，h为货箱高度，在初始设计中，模型总质量为3.762吨。通过对初始三维模型进行仿真分析，得到最大Mises应力出现在边板与前板焊接附近，大小为295MPa，最大位移出现在边板中心附近，大小为5.7mm，固有频率90Hz，疲劳寿命为63万次。
根据预设的仿真约束条件：位移小于8mm，Mises应力小于500MPa，固有频率大于50Hz，可以得出最大Mises应力满足强度需求，但安全裕度较小，最大变形满足设计小于8mm的要求，固有频率大于路面激励的频率(0-50Hz)，疲劳寿命略小于工程需求的80万次。
通过以上仿真结果，对初始仿真参数进行优化(该实施例中，以对部件厚度优化为例进行说明)。首先对材料进行升级，材料选择耐磨钢，耐磨钢强度、硬度都较高，可满足商用车货箱强度、耐磨和优化等需求，该实施例中，耐磨钢选用NM450QP/TP，其屈服强度大于800MPa，抗拉强度大于1250MPa，硬度HBW范围为420-480。进一步的，本实施例中取对结构强度和优化水平影响较大的5个部件的厚度作为优化参数，包括底板、边板、前板、边板加强筋、边板上边框。另外，Mises应力、位移、模型总质量、固有频率和疲劳寿命也进行参数化设置，其中，预设的仿真约束条件为：Mises应力不超过500MPa(安全系数取1.6)，位移小于8mm，固有频率大于50Hz，模型总质量减重10％，优化目标设置为疲劳寿命最长。
将以上参数在有限元软件中进行设置，然后进行自动寻优，最终得出优化后货箱的最大应力出现在边板与前板焊接附近，大小为468MPa，最大位移出现在边板中心附近，大小为7.75mm，固有频率为80Hz，模型总质量为3.312吨，实现减重12％，疲劳寿命85万次，均满足设计和工程需求，且充分发挥了结构的优势，在满足刚度、强度、模态和减重需求的同时实现优化，最终实现寿命的最优，优化结果如表1所示。
表1
Figure BDA0004111580190000121
如表1所示，通过优化底板、边板、前板、边板加强筋、边板上边框的厚度，实现了货箱的减重以及延长了疲劳寿命。
实施例2
在该实施例中，仍以7.0*2.4*1.5m商用车货箱为例，加载工况、材料等条件均相同。与实施例1不同的是，本实施例中选取货箱的21个部件(部分图2中未示出)的厚度作为需要进行优化的参数，包括：底板、边板、前板、边板加强筋、边板上边框、底架纵梁、横梁等(具体请参见表2)。另外，Mises应力、位移、模型总质量、固有频率和疲劳寿命也进行参数化设置，其中，预设的仿真约束条件为：Mises应力不超过500MPa(安全系数取1.6)，位移小于8mm，固有频率大于50Hz，模型总质量减重15％，优化目标设置为疲劳寿命最长。
将以上参数在有限元软件中进行设置，然后进行自动寻优，最终得出优化后货箱的最大应力出现在边板与前板焊接附近，大小为499.6MPa，最大位移出现在边板中心附近，大小为7.9mm，固有频率为76Hz，模型质量为3.098吨，实现减重17.6％，疲劳寿命92万次，均满足设计和工程需求，且充分发挥了结构的优势，在满足刚度、强度、模态和减重需求的同时实现优化，最终实现寿命的最优，优化结果如表2所示。
表2
Figure BDA0004111580190000131
Figure BDA0004111580190000141
如表2所示，通过上述21个部件的厚度，实现了货箱的减重以及延长了疲劳寿命。
综上所述，本说明书实施例中的方案，能够在商用车货箱的设计初期得到各个部件的参数最佳配比，在满足各项预设的仿真约束条件的同时，使货箱服役寿命最长，有效的降低了货箱整车开发的设计周期和成本。
基于同一发明构思，本说明书实施例提供一种商用车货箱结构疲劳寿命优化装置，如图3所示，该装置包括：
第一模型建立模块301，用于建立商用车货箱的三维结构模型；
第二模型建立模块302，用于对所述三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型；
第三模型建立模块303，用于对所述三维网格模型中的N个部件设定初始仿真参数，得到初始三维模型，N为正整数；
分析模块304，用于对所述初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到每个工况下的仿真结果，所述仿真结果包括所述静态工况下所述初始三维模型中货箱结构的位移和Mises应力，所述自由模态工况下所述初始三维模型中货箱结构的固有频率，以及所述疲劳工况下所述初始三维模型中货箱结构的疲劳寿命；
优化模块305，用于基于所述每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对所述每个部件的初始仿真参数进行优化，以使参数优化后对应的目标三维模型的疲劳寿命最长。
可选地，第二模型建立模块302，用于：
对所述三维结构模型进行中面抽取，并对中面抽取后的模型进行几何清理；
对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，将通过所述网格质量检查的模型作为所述三维网格模型。
可选地，第二模型建立模块302，用于：
采用四边形单元以及三角形单元对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，其中，所述三角形单元的数量与全部网格单元的数量的比值小于预设比值。
可选地，所述仿真参数包括材料参数和属性参数；所述材料参数包括弹性模量、泊松比、密度和S-N曲线，所述属性参数包括截面类型和部件的厚度。
可选地，所述静态工况包括满载运输工况，所述满载运输工况对应的装载介质为砂石料，所述满载运输静态工况对应的压力加载方式为净水压力加载方式。
可选地，所述疲劳工况对应的施加载荷为实测道路载荷谱或基于标准路况的载荷。
可选地，优化模块305，用于：
确定所述每个工况下的仿真结果是否满足预设的仿真约束条件；
若存在不满足所述预设的仿真约束条件的仿真结果，基于每个部件的预设仿真参数取值范围，确定M组仿真参数组合，其中，每组仿真参数组合包含与所述N个部件对应的目标仿真参数，其中，所述M组仿真参数组合与所述N个部件的初始仿真参数所构成的组合不同，M为正整数；
将所述三维网格模型中的N个部件分别设定为与所述M组仿真参数组合对应的参数，得到与M组仿真参数组合对应的M个目标三维模型；
针对每个目标三维模型，分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到该目标三维模型在每个工况下的仿真结果，共获得M组仿真结果；
从所述M组仿真结果中筛选出符合所述预设的仿真约束条件的K组仿真结果，并从所述K组仿真结果中确定出疲劳寿命最长的目标仿真结果，以及将所述目标仿真结果对应的目标仿真参数组合作为所述N个部件优化后的仿真参数，K为正整数。
可选地，所述预设的仿真约束条件包括：货箱结构的最大位移小于预设位移、Mises应力小于对应材料的屈服强度且存在1.5～2倍的安全裕度、固有频率大于振源频率。
关于上述装置，其中各个模块的具体功能已经在本说明书实施例提供的商用车货箱结构疲劳寿命优化方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
基于与前述实施例中商用车货箱结构疲劳寿命优化方法同样的发明构思，本说明书实施例还提供一种商用车货箱结构疲劳寿命优化装置，如图4所示，包括存储器808、处理器802及存储在存储器808上并可在处理器802上运行的计算机程序，所述处理器802执行所述程序时实现前文所述商用车货箱结构疲劳寿命优化方法的任一方法的步骤。
其中，在图4中，总线架构(用总线800来代表)，总线800可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线800将包括由处理器802代表的一个或多个处理器和存储器808代表的存储器的各种电路链接在一起。总线800还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口806在总线800和接收器801和发送器803之间提供接口。接收器801和发送器803可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器802负责管理总线800和通常的处理，而存储器808可以被用于存储处理器802在执行操作时所使用的数据。
基于与前述实施例中商用车货箱结构疲劳寿命优化方法的发明构思，本说明书实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文所述商用车货箱结构疲劳寿命优化方法的任一方法的步骤。
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的设备。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令设备的制造品，该指令设备实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种商用车货箱结构疲劳寿命优化方法，其特征在于，包括：
建立商用车货箱的三维结构模型；
对所述三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型；
对所述三维网格模型中的N个部件设定初始仿真参数，得到初始三维模型，N为正整数；
对所述初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到每个工况下的仿真结果，所述仿真结果包括所述静态工况下所述初始三维模型中货箱结构的位移和Mises应力，所述自由模态工况下所述初始三维模型中货箱结构的固有频率，以及所述疲劳工况下所述初始三维模型中货箱结构的疲劳寿命；
基于所述每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对每个部件的初始仿真参数进行优化，以使参数优化后对应的目标三维模型的疲劳寿命最长。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型，包括：
对所述三维结构模型进行中面抽取，并对中面抽取后的模型进行几何清理；
对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，将通过所述网格质量检查的模型作为所述三维网格模型。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，包括：
采用四边形单元以及三角形单元对几何清理后的模型进行网格划分，并对划分的网格进行网格质量检查，其中，所述三角形单元的数量与全部网格单元的数量的比值小于预设比值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真参数包括材料参数和属性参数；所述材料参数包括弹性模量、泊松比、密度和S-N曲线，所述属性参数包括截面类型和部件的厚度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静态工况包括满载运输工况，所述满载运输工况对应的装载介质为砂石料，所述满载运输静态工况对应的压力加载方式为静水压力加载方式。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疲劳工况对应的施加载荷为实测道路载荷谱或基于标准路况的载荷。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对所述每个部件的初始仿真参数进行优化，包括：
确定所述每个工况下的仿真结果是否满足预设的仿真约束条件；
若存在不满足所述预设的仿真约束条件的仿真结果，基于每个部件的预设仿真参数取值范围，确定M组仿真参数组合，其中，每组仿真参数组合包含与所述N个部件对应的目标仿真参数，其中，所述M组仿真参数组合与所述N个部件的初始仿真参数所构成的组合不同，M为正整数；
将所述三维网格模型中的N个部件分别设定为与所述M组仿真参数组合对应的参数，得到与M组仿真参数组合对应的M个目标三维模型；
针对每个目标三维模型，分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到该目标三维模型在每个工况下的仿真结果，共获得M组仿真结果；
从所述M组仿真结果中筛选出符合所述预设的仿真约束条件的K组仿真结果，并从所述K组仿真结果中确定出疲劳寿命最长的目标仿真结果，以及将所述目标仿真结果对应的目标仿真参数组合作为所述N个部件优化后的仿真参数，K为正整数。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预设的仿真约束条件包括：货箱结构的最大位移小于预设位移、Mises应力小于对应材料的屈服强度且存在1.5～2倍的安全裕度、固有频率大于振源频率。
9.一种商用车货箱结构疲劳寿命优化装置，其特征在于，包括：
第一模型建立模块，用于建立商用车货箱的三维结构模型；
第二模型建立模块，用于对所述三维结构模型进行网格划分及有限元分析，得到三维网格模型；
第三模型建立模块，用于对所述三维网格模型中的N个部件设定初始仿真参数，得到初始三维模型，N为正整数；
分析模块，用于对所述初始三维模型分别施加静态工况、自由模态工况以及疲劳工况，得到每个工况下的仿真结果，所述仿真结果包括所述静态工况下所述初始三维模型中货箱结构的位移和Mises应力，所述自由模态工况下所述初始三维模型中货箱结构的固有频率，以及所述疲劳工况下所述初始三维模型中货箱结构的疲劳寿命；
优化模块，用于基于所述每个工况下的仿真结果，以及预设的仿真约束条件，对每个部件的初始仿真参数进行优化，以使参数优化后对应的目标三维模型的疲劳寿命最长。
10.一种商用车货箱结构疲劳寿命优化装置，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
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