[0001] 本发明涉及结构优化设计方法技术领域，具体涉及一种载货汽车油箱支架的优化设计方法及结构。

[0002] 当载货汽车的载货重量在标准载重范围内，若载货汽车的自重较大，超过路面的承载力时，需要减轻载货重量以保护路面，这样会增加载货汽车的运输成本。并且，当载货汽车的自重较大时，耗油量也越大，所用制造材料也较多，不利于环保，且增加了使用成本和制造成本，对车辆性能也有一定不良影响。因此，在不影响车辆结构强度和安全性能的前提下，充分减轻载货汽车上各个部件的重量以降低整体重量，能够降低成本，利于环保。

[0003] 汽车燃油供给系统是汽车动力的来源，其中的油箱支架是用于将油箱总成固定于车架上的部件，油箱支架支撑着油箱的质量，一旦发生断裂将会直接导致油箱的脱落，动力源中断，容易造成交通事故，因此要求油箱支架具备一定的强度和使用寿命，满足整车的使用要求，提高燃油供给系统的可靠性。然而，在满足了结构强度和使用寿命的基础下，现有的油箱支架通常设计为L型结构，结构单一，材料利用率较低，不能满足载货汽车降重、降低成本的需求，因此需要对油箱支架进行优化设计。

[0004] 业内常规的优化设计方法通常是采用简单的计算公式和工程经验进行初步设计，设计完成后再通过有限元分析、试验验证。然而，此种方法依赖于原始结构和工程师的经验，并不能最大限度的满足降重、降低成本的需求，并且所进行的试验次数较多，增加了研发费用，复杂了优化设计过程，效率较低。

[0021] 为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

[0022] 实施例1：本实施例提供一种载货汽车油箱支架的优化设计方法，油箱支架1一侧连接车架纵梁2，另一侧连接并支撑油箱总成3，其包括以下步骤：
S1.通过UG或SolidWorks建立油箱支架1的初始三维模型5，如图1，初始三维模型5包括油箱支架1、车架纵梁2和油箱总成3，油箱总成3竖直方向上的外周壁设置有捆带4，捆带4的位置与油箱支架1的位置对应，并将满油状态下的油箱总成3简化为质量点加载到初始三维模型5中；其中油箱支架1如图2所示；坐标定义为：油箱总成3的长度方向为图1中箭头X的方向，油箱总成3的宽度方向为图1中箭头Y的方向，油箱总成3的高度方向为图1中箭头Z的方向。

[0023] 将初始三维模型5导入有限元分析软件中，建立有限元模型，定义有限元模型的材料属性，材料为SAPH370，其弹性模量为2.1e+11N/m^2，泊松比为0.3，密度为7.9e+3Kg/m3；定义单元类型为RBE2单元，并设定约束边界条件和多工况载荷条件；
约束边界条件包括：约束车架纵梁2两端的X方向、Y方向和Z方向的移动和转动；
如下表1，多工况载荷条件包括：冲击工况下的‑Z方向的载荷，左转工况下的Y方向的载荷和‑Z方向的载荷，右转工况下的Y方向的载荷和‑Z方向的载荷，加速工况下的X方向的载荷和‑Z方向的载荷，减速工况下的X方向的载荷和‑Z方向的载荷；需要说明的是表1中的负号代表载荷的方向，不代表载荷的大小；表1中的“g”代表重力加速度；表1中的“‑‑‑”表示没有载荷。

[0024]表1
如图3，载荷施加点7为油箱总成3与油箱支架1及捆带4的接触位置抓取的RBE2单元的主节点处，主节点位于油箱总成3质心点处。

[0025] 基于约束边界条件和多工况载荷条件，对有限元模型的结构进行有限元分析，计算有限元模型的结构在各个工况下的最大应力及最大位移，如下表2：表2
使用工艺分析软件APriori对有限元模型的结构进行工艺分析。

[0026] S2.选择有限元模型的优化区域，设置目标函数，在优化区域内进行拓扑优化，得到如图4和图5的优化模型6；其中，选择有限元模型的优化区域的步骤包括：从有限元模型中的油箱支架1的最外侧轮廓开始，如图6，沿车架纵梁2的长度方向对油箱支架1填充实体单元，将填充后的油箱支架1作为有限元模型的优化区域；
其中，目标函数为：
采用变密度法，将优化区域离散为实体网络，以体积分数为约束条件，以最小柔度为目标函数，保证结构的最大刚度，拓扑优化结果以单元的伪密度显示，使单元伪密度趋近于0或者1，其中拓扑优化的数学模型如下：
目标函数Uc＝min；
约束函数Vf＝（Vi‑V0）/V0，Vf＝0.3；
其中，Uc为柔度，与刚度呈反比；Vi为当前迭代时的体积，V0为优化区域的初始体积。

[0027] S3.根据约束边界条件和多工况载荷条件，对优化模型6的结构进行有限元分析，计算优化模型6的结构在各个工况下最大应力及最大位移；若优化模型6的结构在各工况下最大应力均小于有限元模型的结构在各工况下最大应力，且优化模型6的结构在各工况下最大位移均小于有限元模型的结构在各工况下最大位移，则优化模型6的结构满足设计要求；优化模型6的结构在各个工况下的最大应力及最大位移，如下表3：
表3
使用工艺分析软件APriori对优化模型6的结构进行工艺分析；将有限元模型的工艺分析结果与优化模型6的工艺分析结果进行各个方面的对比，比如材料利用率是否更低，结构是否一体成型，结构是否对称，然后判断优化模型6的工艺是否满足设计要求；
若优化模型6的结构和工艺都满足设计要求，则完成优化设计，若一者不满足设计要求，则重新执行步骤S2。

[0028] 优化前后的油箱支架1的相关参数对比如下表4：表4
在本实施例中，工艺分析软件为APriori软件，在其它实施例中，工艺分析软件还可以为其它的工艺分析软件。

[0029] 在本实施例中，通过UG或SolidWorks建立油箱支架1的初始三维模型5，在其它实施例中，还可以通过其它三维模型软件建立油箱支架1的初始三维模型5。

[0030] 实施例2：参照图4，本实施例提出一种载货汽车油箱支架的结构，其为根据实施例1所述的一种载货汽车油箱支架的优化设计方法中的优化模型6的结构，具体的，从优化模型6的顶部向下，优化模型6沿车架纵梁2长度方向上的尺寸逐渐缩小；优化模型6的横截面呈“几”字型。

[0031] 本实施例中经优化设计后的油箱支架，即优化模型6，能够最大限度的满足降重、降低成本的需求。

[0032] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。