《造型初期的汽車氣動(dòng)外形減阻優(yōu)化設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、———————————————————————————————造型初期的汽車氣動(dòng)外形減阻優(yōu)化設(shè)計(jì)———————————————————————————————AutomotiveAerodynamicShapeOptimizationtoReduceDragintheStylingPhase作者姓名：丁偉領(lǐng)域（方向）：工業(yè)設(shè)計(jì)工程指導(dǎo)教師：張英朝副教授類別：工程碩士答辯日期：2015年5月31日摘要造型初期的汽車氣動(dòng)外形減阻優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著近幾年中國(guó)汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的保有量在不斷攀升。油價(jià)上漲、節(jié)能減排成為全社會(huì)必須面對(duì)的問(wèn)題。尤其對(duì)于汽車企業(yè)，開發(fā)出低油耗的產(chǎn)品是其產(chǎn)品研發(fā)能力的體現(xiàn)。

2、汽車在行駛過(guò)程中有很大一部分的燃料消耗用于克服氣動(dòng)阻力，而汽車的氣動(dòng)外形則直接決定其氣動(dòng)阻力水平。因此優(yōu)化汽車的氣動(dòng)外形對(duì)提高其燃油經(jīng)濟(jì)性有巨大的意義。傳統(tǒng)的汽車氣動(dòng)外形優(yōu)化過(guò)程是一個(gè)基于工程師經(jīng)驗(yàn)的循環(huán)迭代過(guò)程，消耗大量的人力物力，已不再適用于現(xiàn)代汽車開發(fā)流程。為了縮短設(shè)計(jì)周期、降低成本，本文立足于汽車造型設(shè)計(jì)流程，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助造型（CAS）、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）、網(wǎng)格變形技術(shù)（Morpher）和優(yōu)化方法等多種數(shù)字化仿真設(shè)計(jì)手段，基于商業(yè)軟件搭建出汽車氣動(dòng)外形的自動(dòng)優(yōu)化流程。目的是將其應(yīng)用于汽車的造型階段，實(shí)現(xiàn)快速有效的氣動(dòng)減阻，同時(shí)研究各設(shè)計(jì)變量對(duì)氣動(dòng)阻力的影響規(guī)律，為造型設(shè)計(jì)開發(fā)

3、提供指導(dǎo)。本文針對(duì)一款兩廂車的造型設(shè)計(jì)開發(fā)來(lái)開展氣動(dòng)外形優(yōu)化研究工作。實(shí)際工程中，在完成造型創(chuàng)意設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)后，CAS工程師會(huì)提供一個(gè)用于CFD分析的CAS模型。本文先對(duì)初始CAS模型進(jìn)行CFD分析，主要有兩個(gè)目的：（1）、實(shí)現(xiàn)CFD計(jì)算過(guò)程的自動(dòng)化；（2）、通過(guò)分析流場(chǎng)特性來(lái)確定需要考慮的設(shè)計(jì)變量，一共八個(gè)，其中車身前部包括：前風(fēng)窗傾角、發(fā)動(dòng)機(jī)罩傾角、接近角、前臉弧度；車身后部包括：后風(fēng)窗傾角、頂蓋后緣高度、離去角、尾部收縮。為了分別考慮車身前部和后部特征的影響，首先進(jìn)行車身前部氣動(dòng)外形的優(yōu)化研究。通過(guò)建立的基于多平臺(tái)的氣動(dòng)外形優(yōu)化流程，研究各個(gè)設(shè)計(jì)變量對(duì)氣動(dòng)阻力的影響、擬合出氣動(dòng)阻力與各個(gè)

4、設(shè)計(jì)變量的關(guān)系曲線等。在對(duì)車身前部的外形進(jìn)行優(yōu)化之后，整車氣動(dòng)阻力有5.64%的降幅。同時(shí)，單獨(dú)研究車身后部氣動(dòng)外形的優(yōu)化，同樣包括各設(shè)計(jì)變量對(duì)氣動(dòng)阻力的影響、擬合阻力與各變量的關(guān)系曲線等。在對(duì)車身后部外形進(jìn)行優(yōu)化之后，整車的氣動(dòng)阻力有7.21%的降幅，要優(yōu)于前部的優(yōu)化效果，這也表明車身后部的設(shè)計(jì)變量對(duì)氣動(dòng)阻力的影響程度要大于前部的設(shè)計(jì)變量。I從對(duì)車身前、后部外形進(jìn)行優(yōu)化的工作中選出了六個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，進(jìn)行整車的氣動(dòng)外形優(yōu)化。整車氣動(dòng)阻力降幅達(dá)10.34%，達(dá)到了在不影響整車造型風(fēng)格的前提下，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)阻力的降低，結(jié)果令人滿意。通過(guò)應(yīng)用本文提出的多平臺(tái)的氣動(dòng)外形自動(dòng)優(yōu)化方法，有如下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)與

5、結(jié)論：（1）、車身前部四個(gè)設(shè)計(jì)變量?jī)蓛芍g的交互作用不明顯，造型時(shí)可以不必過(guò)多考慮它們之間的交互作用；而在后部的四個(gè)設(shè)計(jì)變量中，兩兩之間均有交互作用，交互作用明顯并且是相互促進(jìn)的，在造型時(shí)，若某個(gè)設(shè)計(jì)變量的變化范圍有限，可以通過(guò)與之有交互作用的設(shè)計(jì)變量來(lái)耦合，以達(dá)到更大的降阻效果；同時(shí)，前后部的設(shè)計(jì)變量之間存在交互作用，不是相互獨(dú)立的。（2）、在這八個(gè)設(shè)計(jì)變量中，前臉弧度以及離去角對(duì)氣動(dòng)阻力的影響較小，而接近角以及頂蓋后緣高度的影響較大，同時(shí)后部的設(shè)計(jì)變量對(duì)阻力的影響要更大。（3）、根據(jù)近似模型的擬合結(jié)果，除了前風(fēng)窗傾角這個(gè)變量外，其余七個(gè)變量與氣動(dòng)阻力之間均是非線性關(guān)系，而且需要注意的是離

6、去角與阻力之間的關(guān)系曲線是先遞減、后遞增，在離去角為3°時(shí)阻力達(dá)到最低。（4）、近似模型對(duì)最終優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大的影響，例如：在前部?jī)?yōu)化時(shí)采用二階響應(yīng)面建立近似模型，優(yōu)化結(jié)果的誤差僅為0.17%，而同樣的算法用于后部?jī)?yōu)化時(shí)，誤差為1.7%。因此需要根據(jù)具體的優(yōu)化問(wèn)題以及實(shí)際結(jié)果驗(yàn)證來(lái)合理選擇近似模型的算法。（5）、在優(yōu)化減阻時(shí)，要整體考慮車身前后部的設(shè)計(jì)變量，這要比單獨(dú)考慮一者的效果更好。本文研究的自動(dòng)優(yōu)化流程，不僅快速有效地降低了整車的氣動(dòng)阻力，而且能有助于工程師研究車身上各個(gè)設(shè)計(jì)變量對(duì)整車流場(chǎng)的影響，對(duì)于汽車氣動(dòng)外形的開發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。本文進(jìn)行的某款兩廂轎車造型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行的優(yōu)化

7、設(shè)計(jì)應(yīng)用，結(jié)果可信，減阻效果明顯，該方法已經(jīng)能夠?qū)嶋H應(yīng)用于汽車企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的造型流程中。關(guān)鍵詞：汽車，造型初期，氣動(dòng)外形，減阻，自動(dòng)優(yōu)化IIAbstractAutomotiveAerodynamicShapeOptimizationtoReduceDragintheStylingPhaseWiththerapiddevelopmentofChineseautomobileindustry,theownersh