汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法
【專利摘要】本發明涉及一種汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法，將數學中折衷規劃的方法，應用到變速器殼體多工況拓撲優化設計當中。該方法不采用傳統的解決多工況拓撲優化問題的方法——線性加權法，而是將每個工況下得到目標函數極值，按照折衷規劃公式，對多工況拓撲優化模型的目標函數進行重構，然后再進行拓撲優化計算，使獲得的拓撲結構可以同時滿足各個工況。本發明可以使得到的拓撲結構在滿足各個工況使用要求的同時，還能避免線性加權法無法解決可行域是非凸集的情況，從而使多工況的拓撲優化結果更加準確。
【專利說明】汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法,屬于變速器殼體設計領域。

【背景技術】
[0002]變速器殼體作為汽車傳動系統的支撐體，受到傳動齒軸與外部車身傳遞沖擊力的作用，極易因強度、剛度不足引起局部斷裂失效，導致變速器功能失效。為了保證變速器殼體的工作可靠性，設計師們通常采用增加局部結構體積的方式，提高殼體受力局部的強度與剛度。而結構體積的增加，易帶來材料用量及零件質量增大，引起產品成本及整車油耗上升的負面作用。優良的變速器殼體結構，應是實現最佳幾何形狀前提下的結構體積最小化，即實現系統材料利用率最大化設計目標。
[0003]拓撲優化設計技術可根據力的傳遞路徑，在給定設計空間內，尋找最佳材料布局方式的一項技術。拓撲優化設計方法在初期設計階段為設計者提供科學依據，使復雜的結構和部件可以靈活、理性的進行優選。但是工程中普遍存在:某結構體在不同時刻承受不同負載的狀況，在不同的負載條件下，得到的拓撲結構可能是不相同的。為了獲得滿足各工況使用性能的拓撲結構，對于這種處于多工況交替工作的結構體，傳統的拓撲優化方法是將各個工況下的拓撲結構以線性加權的方式求解，將拓撲優化模型的目標函數以線性加權的方式進行重構，得到新的目標函數，并將此時求解后的結果作為基本符合多工況使用要求的拓撲結構。然而，當目標優化問題所求得的可行解所構成的集合不是凸集時，采用線性加權法得到的解將可能不是可行解，即該方法無法解決可行域不是閉合凸集的優化問題(非凸優化問題)。
[0004]折衷規劃是一種有效地解決多目標優化問題的可行方法，通過將各個工況中可行解和理想解相比較，找到最接近于理想解的可行解，將該解作為滿足多目標優化問題的最優解。東北大學的莊新田教授曾將該理論運用到多目標投資組合中，獲得了較好的效果。但現在還未報道有人將該理論應用到變速器殼體的拓撲優化設計當中。


【發明內容】

[0005]本發明是要提供一種汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法，可以避免產生由單一工況優化設計時導致的多工況兼顧應用受限問題，便于設計者在設計初期全面考慮多個工況結構特點，降低單一工況設計時的風險，提高設計結果的準確性。
[0006]本發明的技術方案是:一種汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法，包括以下步驟:
[0007]將變速器殼體在每個工況下得到的目標函數極值，按照折衷規劃公式，對多工況拓撲優化模型的目標函數進行重構，并根據各工況的使用頻率選擇加權系數進行拓撲優化計算，使獲得的拓撲結構可以同時滿足各個工況，從而使多工況的拓撲優化結果更加準確。
[0008]對多工況拓撲優化模型的目標函數進行重構，然后進行拓撲優化計算:首先，將多工況的目標函數按折衷規劃的方式進行重構，使多工況多目標優化問題轉化為單目標優化問題，最終得到的拓撲優化模型為:
[0009]

【權利要求】
1.一種汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法，其特征在于，包括以下步驟: 將變速器殼體在每個工況下得到的目標函數極值，按照折衷規劃公式，對多工況拓撲優化模型的目標函數進行重構，并根據各工況的使用頻率選擇加權系數進行拓撲優化計算，使獲得的拓撲結構可以同時滿足各個工況，從而使多工況的拓撲優化結果更加準確。
2.根據權利要求1所述的汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法，其特征在于:所述對多工況拓撲優化模型的目標函數進行重構，然后進行拓撲優化計算:首先，將多工況的目標函數按折衷規劃的方式進行重構，使多工況多目標優化問題轉化為單目標優化問題，最終得到的拓撲優化模型為:.V
式中:c(x)為整體的柔度CT^PCfn為第k個工況下，目標函數柔度的最大值和最小值為在第k個工況在所有計算工況中所占權重的大小^為目標函數計算的懲罰系數；Xi為變密度法計算時，單元i的密度Wi為第i個單元的體積；a-體積比'N0為結構初始設計空間的體積； 通過Hyperworks中的函數自定義功能進行編寫,編寫內容為:
式中Cf?:是在一檔所受靜態載荷條件下，得到的目標函數最小值和最大值，crr和?τ是倒檔工況下目標函數的最小值和最大值； 將編寫得到的函數公式設為軟件計算時的響應，最終再將該響應定義為目標函數，進行變速器殼體多工況拓撲優化計算。
3.根據權利要求1所述的汽車變速器殼體多工況自適應性拓撲優化方法，其特征在于:在進行滿足各工況的拓撲優化計算前，將變速器殼體各個工況分別在單工況的條件下進行拓撲優化計算，然后將得到的各工況目標函數極值帶入到折衷規劃公式中，構成多工況拓撲優化模型的目標函數。
【文檔編號】G06F17/50GK104133957SQ201410362642
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】褚超美, 周進, 奚成捷, 池會強, 梅超, 顧放, 申震, 宋俊, 胡天帥 申請人:上海理工大學