一种汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法

摘要

本发明公开了一种汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法，其包括以下步骤：S1：获取盘式制动器防尘罩的结构，其包括约束面，针对所述盘式制动器防尘罩的结构建立相应的有限元模型，并提取所述防尘罩的第一阶模态；S2：将与所述约束面平行的整个平面定义为可优化区域，防尘罩的其他部分定义为不可优化区域；添加在所述防尘罩上需设置的加强筋的布置参数；S3：根据所述第一阶模态对所述防尘罩进行形态优化计算，得到所述加强筋在所述防尘罩的配置结果。通过本技术方案，可以避免加强筋布置的盲目性，重量、周边间隙的限制，满足防尘罩的模态频率。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车零部件优化技术领域，尤其涉及一种汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法。

背景技术

防尘罩一般通过螺栓连接在转向节上或通过轮毂轴承压紧在转向节上并用螺栓将它们连接在一起，路面对轮胎产生的激励、制动器工作时产生的激励都很容易传递到防尘罩处，如果防尘罩的模态较低，它很容易被激励起来并引起共振，并可能导致防尘罩剧烈振动而破损，因此设计时需保证防尘罩的模态频率高于激励的最高频率。在路试过程中对防尘罩安装点处加速度的测试能够确认外界激励的频率成分，由此可以确认防尘罩的模态频率目标。但随着整车质量的增加，需要增大制动盘的半径来保证制动性能，同步的，防尘罩半径也需要增大，但是固定方式的不可变，加强筋布置的盲目性，重量、周边间隙的限制，造成防尘罩的模态频率较难得到满足。

而现有技术中未有针对汽车制动器防尘罩进行模态优化分析的具体方法，例如一般仅公开了轿车前制动器防尘罩的结构或者公开了一种制动器防尘罩的连接结构，或者仅公开了针对汽车外后视镜模态优化方法，但因汽车外后视镜与制动器防尘罩具体的结构不同，其具体的实现形式也不能作为有效的参照，因此现有技术未有对盘式制动器的优化方法提供有效技术启示。

为此，在此情况下，对于汽车盘式制动器防尘罩，如何提供模态优化分析方法是相关领域技术人员需要解决的技术问题之一。更具体地，如何避免设计工程师盲目的修改数模，为其提供满足模态设计目标的加强筋布置方案更成为关键。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种汽车盘式制动器防尘罩的模态优化分析方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法，其包括以下步骤：

S1：获取盘式制动器防尘罩的结构，其包括约束面，针对所述盘式制动器防尘罩的结构建立相应的有限元模型，并提取所述防尘罩的第一阶模态；

S2：将与所述约束面平行的整个平面定义为可优化区域，防尘罩的其他部分定义为不可优化区域；添加在所述防尘罩上需设置的加强筋的布置参数种类，并设置或不设置布置参数的数值；

S3：根据所述第一阶模态对所述防尘罩进行形态优化计算，得到所述加强筋在所述防尘罩的配置结果。

为解决上述技术问题，实现对汽车盘式制动器防尘罩的模态优化分析，发明人在本技术方案中提供了上述步骤所形成的方法，其中，首先需要获取盘式制动器防尘罩的结构，该防尘罩结构是安装后的结构。防尘罩可以通过压紧的方式或螺栓固定等方式进行安装，并形成约束面。所述约束面即为防尘罩上的固定安装所用的区域。约束面用于后续区分模型中的可优化区域和不可优化区域。

需要说明的是，将防尘罩的结构的有限元模型定义出可优化区域和不可优化区域的方式，可以是系统自身通过识别所述约束面的范围后划分；也可以是用户根据包括约束面的防尘罩的结构的有限元模型进行自定义的划分。前者可使得分析过程和方式更加便捷，后者可以使得划分更为准确，更适合实际要求。

需要说明的是，所述加强筋需设置在可优化区域中。

需要说明的是，配置加强筋的方式，是通过系统软件，根据所述防尘罩的第一阶模态对所述防尘罩进行形态优化计算所得到的。进行形态优化计算的系统软件可以是利用Hyperworks自带的Opt i struct求解器，或其他相关类似的软件或程序。另外，形成防尘罩的结构建立相应的有限元模型也可以利用Hyperworks或相关类似软件进行设计和构建。

优选地，所述加强筋布置参数包括走向位置、拔模角度、拔模深度中的一种或多种。

更优选地，所述走向位置包括沿所述压紧面的环向或径向。

需要说明的是，所述拔模角度，指的是拔模斜度也就是脱模斜度,是为了方便加强筋出模而在模膛两侧设计的斜度。

需要说明的是，所述拔模深度的设置一般不能将加强筋与周边件发生干涉。

需要说明的是，所述走向位置，指的是加强筋在防尘罩上的布置走向，例如强筋的走向可以是指定平面内的环向，也可以是指定圆心位置及平面内的径向。

需要说明的是，设置多种加强筋布置参数可以使得所得结果更为清晰，为后续用户实际设置加强筋提高适用度。相较于现有技术中未设置具体的布置参数以得到更合适的加强筋相关输出结果，本发明在此进一步的优选实施方式中考虑到适应于本方案优化分析方法的实际需要，在对加强筋布置参数的种类选择时，创新性地考虑到了走向位置、拔模角度、拔模深度中的一种或多种，更优选为走向位置、拔模角度、拔模深度同时设置，这样所限定并得到的加强筋输出结果更为准确，更能为后续适用设计实际的加强筋提供准确有效的参数。

优选地，所述S3中得到所述加强筋在所述防尘罩的配置结果是加强筋在有限元模型上的模拟分布。

需要说明的是，如果利用Hyperworks自带的Opt i struct求解器进行形态优化计算，所得到所述加强筋在所述防尘罩的配置结果，会是加强筋在有限元模型上的模拟分布的形式。这种形成的结果更加直接，可以使得用户直接能够根据模型的结果对加强筋进行实际布置。

优选地，所述有限元模型是对所述防尘罩进行2D壳模拟进行的。

需要说明的是，对所述防尘罩进行2D壳模拟形成的有限元模型，可以实现对于所述约束面的节点约束其6向自由度，使得约束面的形成更加客观准确，能够为后续的布置提高位置准确度。

优选地，所述S3还包括：当不设置布置参数的数值时；根据所述加强筋在所述防尘罩的配置结果，获取所述加强筋布置参数结果。

需要说明的是，通过此优选的步骤，可以获得更加准确的加强筋布置参数结果，便于实际加强筋的安装和设置。据所述加强筋在所述防尘罩的配置结果，获取所述加强筋布置参数结果的方式可以是系统的自身计算，也可以是用户的测算等。

优选地，所述S2还包括：将所述加强筋设置为沿相应的对称面保持对称。

需要说明的是，将所述加强筋设置为沿相应的对称面保持对称，可以使得后续实际成型制备工艺更加简单，节省制造成本，使得安装更加方便。

优选地，所述根据所述第一阶模态对所述防尘罩进行形态优化计算的方法是：获取所述第一阶模态的最大值，并以此对所述防尘罩进行形态优化计算后，得到相应的所述加强筋布置参数结果。

需要说明的是，这个结构优化是针对防尘罩的模态频率不达标而进行的，同时又不想增加重量，限定所述防尘罩的质量固定不变，更符合实际防尘罩的设置运用，也可以剔除其他计算结果，使得所得结果更符合要求，所以这个目标又可以阐述为：在不增重的前提下最大限度的提高防尘罩的模态频率。根据此目标可以得到上述计算方法。

优选地，所述方法还包括：

S4：将所述加强筋在所述防尘罩的配置结果与预设阈值进行比较，若所述配置结果小于所述预设阈值，则返回S2。

需要说明的是，在一些情况下，前一次或前几次经上述步骤得出的配置结果无法满足需要，因此作为更进一步地优选方式，增加S4步骤作为结果检验步骤，即设置一预设阈值与配置结果进行比较。预设阈值的形式为数值，即配置结果也为数值，即可直接比较，若配置结果为模拟分布，则需要调出其数值进行比较。当配置结果小于预设阈值时，则说明未达到满意结果，需要重新回到S2进行区域定义和参数选择，并重新进行形态优化计算。需指出的是，当配置结果小于预设阈值时，则说明未达到满意结果仅为一种具体实施方式的列举，其他比对方式，如是否落入满意结果的范围等，应被视为与其等同的实施方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法，可以实现汽车盘式制动器防尘罩的模态优化分析，对可以避免加强筋布置的盲目性，重量、周边间隙的限制，满足防尘罩的模态频率；

2、本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法，根据所述防尘罩的第一阶模态对所述防尘罩进行形态优化计算所得到加强筋在所述防尘罩的配置结果，尤其加强筋在所述防尘罩的配置结果是加强筋在有限元模型上的模拟分布，更加直接，可以使得用户直接能够根据模型的结果对加强筋进行实际布置；

3、本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法，对所述防尘罩进行2D壳模拟形成的有限元模型，可以实现对于所述约束面的节点约束其6向自由度，使得约束面的形成更加客观准确，能够为后续的布置提高位置准确度；

4、本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法，根据所述加强筋在所述防尘罩的配置结果，获取所述加强筋布置参数结果，可以获得更加准确的加强筋布置参数结果，便于实际加强筋的安装和设置；

5、本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法，将所述加强筋设置为沿相应的对称面保持对称，可以使得后续实际成型制备工艺更加简单，节省制造成本，使得安装更加方便。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法一种优选实施方式的流程示意图；

图2为本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法一种优选实施方式中防尘罩的安装结构示意图；

图3为本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法一种优选实施方式中防尘罩有限元模型的示意图；

图4为本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法一种优选实施方式中防尘罩有限元模型定义可优化区域和不可优化区域的示意图；

图5为本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法一种优选实施方式中防尘罩一阶模态频率优化计算过程示意图；

图6为本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法一种优选实施方式中形态优化计算后所得结果的示意图；

图7为本发明的汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法一种优选实施方式中加强筋布置示意图；

其中，各附图标记为：

1、防尘罩；

2、转向节；

3、螺栓孔；

4、轮毂轴承；

5、压紧面；

A、可优化区域；

B、不可优化区域；

C、对称面。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

如图1所示，是本发明汽车盘式制动器防尘罩模态优化分析方法一种优选实施方式的流程示意图，其包括以下步骤：

S1：获取盘式制动器防尘罩的结构，其包括约束面，针对所述盘式制动器防尘罩的结构建立相应的有限元模型，并提取所述防尘罩的第一阶模态；

S2：将与所述约束面平行的整个平面定义为可优化区域，防尘罩的其他部分定义为不可优化区域；添加在所述防尘罩上需设置的加强筋的布置参数；

S3：根据所述第一阶模态对所述防尘罩进行形态优化计算，得到所述加强筋在所述防尘罩的配置结果。

在具体的实施方式中，所述盘式制动器防尘罩的结构，可以有多种安装的方式。请参见图2，是盘式制动器防尘罩的结构其中一种实施方式的结构示意图，在图2中，防尘罩1被轮毂轴承4及转向节2的两个端面压紧并通过螺栓和螺栓孔3将它们连接在一起。

结合上述实施方式，在另一个方面中，将上述结构的防尘罩建立的有限元模型的一种具体的实施方式可以参见图3，是依照上述图2所示的防尘罩结构，其中还包括作为约束面的压紧面5，并按照防尘罩在整车上的安装方式，在Hyperworks软件中建立防尘罩的有限元模型。在更具体的实施方式中，采用2D壳单元对防尘罩进行网格划分，对压紧面区域网格节点的6向自由度进行约束，使得压紧面的形成更加客观准确，能够为后续的布置提高位置准确度。然后，进一步建立模态分析的分析步，提取防尘罩的第一阶模态。

请参见图4，是软件将上述所得的有限元模型进行定义后的示意图。在图4中可以将有限元模型划分成可优化区域A、不可优化区域B。作为更进一步的实施方式，可将加强筋设置为沿对称面C形成对称的形式。将所述加强筋设置为沿相应的对称面保持对称，可以使得后续实际成型制备工艺更加简单，节省制造成本，使得安装更加方便。

结合上述实施方式，在另一个方面中，需要添加在所述防尘罩上需设置的加强筋的布置参数。在更具体的实施方式中，首先可以对布置参数的种类进行定义，例如走向位置、拔模角度、拔模深度中的一种或多种。

在另一种实施方式中，除了添加上述布置参数的种类以外，还可以进一步设置参数的具体数值。相对于只添加加强筋布置参数的种类的实施方式而言，这种实施方式定义得更为具体，即用户限定了更具体的条件，后续软件只需根据用户所定义的这些条件进行形态优化计算，即可得出更具体的、更符合用户需求的模型结果。例如，在具体的实施方式中，加强筋的走向设置为沿环状防尘罩的圆周方向分布、考虑冲压成型制造工艺的需求，设置拔摸角度为60°，考虑防尘罩与周边件的间隙需求，保证其不与周边件发生干涉，设置加强筋冲压深度为6mm。需要说明的是，走向位置的内容也可以理解成数值，可以用不同数值对走向位置进行定义设置。在此实施方式中，计算得到的加强筋是一个模型的展示，它主要展示了与我前期设置的拔摸深度、拔模角度、加强筋走向是相符的，最重要的是加强筋的具体布置位置，根据这个位置，产品设计工程师可以拿来参考在相应的位置建立数模并进行详细设计。

结合上述实施方式，在另一个方面中，对所述防尘罩进行形态优化计算是根据所述第一阶模态进行的。在更具体的实施方式中，首先将S1中提取的防尘罩第一阶模态频率设置为形貌优化的响应，将此响应最大(max)即防尘罩第一阶模态最高设置为形貌优化的目标。

在更具体的实施方式中，具体的优化计算的过程可以是，采用Hyperworks自带的Opt i struct求解器进行优化计算，如图5，经过形貌优化迭代计算，可以看到防尘罩第一阶模态频率由初始的83Hz增长到最终的102Hz，得到的第一阶模态频率为102Hz的防尘罩其加强筋的布置位置和尺寸如图6所示，依据图6的优化结果在数模中布置加强筋最终得到如图7所示的加强筋分布。

结合上述实施方式，在另一个方面中，当不设置布置参数的数值时，根据所述加强筋在所述防尘罩的配置结果，获取所述加强筋布置参数结果，用户可根据这个结果来进行加强筋的实际布置。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。