(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 202210862751.9 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 徐峰祥　王得伟　杜阔　邓香林　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 胡琳萍 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构 及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种由截面圆角改任意曲角 的强化型桥壳结构及其设计方法， 桥壳的矩形圆 角截面为四个平面之间通过任意曲角过渡曲面 连接而成； 任意曲角过渡结构为由任意曲角轮廓 构成的具有一定厚度的内外轮廓角。 所述任意曲 角轮廓由一组优化方程控制实现， 所述优化方程 包括12个将曲角形状和尺寸优化耦合的参数， 用 于控制实现截面轴向和周向厚度变化 以及截面 曲角形状变化。 相对于现有技术， 本发明可以实 现性能不降质量下 降的汽车车桥轻量化结构设 计目的。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 115292809 A 2022.11.04 CN 115292809 A 1.一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构， 其特征在于： 桥壳四个矩形平面连 接处的矩形圆角结构为由任意曲角轮廓构成的具有一定厚度的内外轮廓角， 内外轮廓角均 由各自的相邻矩形平 面之间通过任意曲角过渡曲面连接而成； 所述任意曲角轮廓由一组优 化方程控制实现， 所述优化方程包括 12个将曲角形状和尺寸优化耦合的参数， 形状参数占4 个， 尺寸参数占8个， 用于控制实现截面轴向和周向厚度变化以及截面曲角形状 变化。 2.根据权利要求1所述的由截面 圆角改任意曲角的强化型桥壳结构， 其特征在于： 所述 任意曲角轮廓包 含矩角与菱角间所有的过渡型截面中的一种。 3.根据权利要求1所述的由截面 圆角改任意曲角的强化型桥壳结构， 其特征在于： 所述 任意曲角轮廓为由菱形角变到椭圆角或圆角再到直角过程中的过渡型截面中的一种。 4.根据权利要求1所述的由截面 圆角改任意曲角的强化型桥壳结构， 其特征在于： 同一 个桥壳的同一处矩形平面连接处内外轮廓角形状一 致或相互差异。 5.一种由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构设计方法， 其特征在于包括如下步 骤： S1： 取长度方向一半桥壳作为设计对象， 左右对称设计整个桥壳结构； S2： 取该一半桥壳的矩形圆角截面进行优化设计， 定义任意曲角截面的控制方程， 调 节 截面尺寸参数和曲角形状参数， 控制曲角的形状变化和截面尺寸， 生成出任意曲角形状的 截面轮廓； S3： 对原桥壳进行受力分析， 算出每 个截面的力矩， 并计算 最大等效应力； S4： 以原截面的尺寸条件和最大截面应力值作为约束条件， 采用不同任意曲角优化方 案对截面进行优化设计； S5： 采用优化算法对优化方案进行优化， 每个截面设计出3种不同曲角类型的截面形 状； S6： 对设计出任意曲角截面进行应力分析， 对比优化前后的截面应力云图， 选取任意曲 角截面的面积更小、 单位 面积所受应力更多的截面形状作为 最终矩形圆角截面。 6.根据权利要求5所述的由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构设计方法， 其特征 在于步骤S2中任意曲角截面的控制方程 为： 内轮廓曲线方程 外轮廓曲线方程 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292809 A 2其中， 外轮廓宽2A， 高2B， 内轮廓宽2a， 高2b， 外曲角宽A1， 高B1， 内曲角宽a1高b1， 这8个参 数控制截面尺寸的大小； N1,N2,n1,n2为曲角形状调和参数， 这 4个参数控制曲角的形状。 7.根据权利要求5所述的由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构设计方法， 其特征 在于步骤S2中曲角形状调和参数 范围为0.5～ 2， 取值步长为0.1。 8.根据权利要求5所述的由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构设计方法， 其特征 在于步骤S4以截面 面积最小为目标mi n S， 变量约束条件为： 力学性能约束 式中： 为任意曲角截面在极限力系作用下的最大等效应力， 为原圆角矩形 截面在极限力系作用下的最大等效应力； 外轮廓宽2A， 高2B， 内轮廓宽2a， 高2b， 外曲角宽 A1， 高B1， 内曲角宽a1高b1； N1,N2,n1,n2为曲角形状调和参数； a1＝a‑(A‑A1),b1＝b‑(B‑B1),N1＝n1＝P1,N2＝n2＝P2.； a＝A‑h,b＝B‑h,a1＝A1‑h,b1＝ B1‑h。 9.根据权利要求5所述的由截面圆角改任意曲角的强化型桥壳结构设计方法， 其特征 在于步骤S4 不同任意曲角优化方案包括： 不改变原截面厚度， 只改变曲角形状的曲角定厚优化方案： 优化变量： 外曲角宽A1， 高 B1， 曲角形状调和参数P1,P2.； 其余变量设定： a1＝a‑(A‑A1),b1＝b‑(B‑B1),N1＝n1＝P1,N2＝ n2＝P2.； 不变量： A,B,a,b.； 要求截面按 等厚度优化， 且改变曲角形状的曲角等厚优化方案： 优 化变量： 外曲角宽A1， 高B1， 厚度h,曲角形状调和参数P1,P2.； 其余变量设定： a＝A ‑h,b＝B‑h,a1＝A1‑h,b1＝B1‑h, N1＝n1＝P1,N2＝n2＝P2.； 不变量： A,B.； 要求截面按变厚度优化， 且改变曲角形状的曲角变厚优化方案： 优 化变量： 外曲角宽A1， 高B1， 内曲角宽a1， 高b1， 曲角形状调和参数N1,n1,N2,n2.； 不变量： A,B,a,b.。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292809 A 3