基于硬点—骨架约束的车身曲面群局减阻优化研究

发布时间：2017-12-15 07:29

本文关键词：基于硬点—骨架约束的车身曲面群局减阻优化研究

【摘要】：近年来,随着国家高速公路路网进一步完善和汽车工业迅猛发展,汽车车速大大提高。而对于高速行驶的汽车,克服气动阻力所消耗的功率与车速的立方成正比,加剧了能源危机和环境污染的程度。目前,由于其他降低汽车能耗存在技术瓶颈问题,使得基于汽车空气动力学的气动减阻倍受青睐。当前国内大多数汽车企业主要采用汽车减阻技术方法有如下几类:第一类局部减阻技术,即在汽车造型风格确定后,采用的局部减阻技术,不仅车身局部结构特征参数改变所引起的气动阻力变化不具备明确性,而且大多是依赖于工程师的个人减阻修型经验;第二类整体减阻技术,其理想形体过于单一,不符合造型风格的多样性;第三类仿生减阻和附加装置减阻技术,仿生减阻设计的车身缺乏实用性,仍旧停留在探索阶段,而气动附加装置减阻技术主要用于改善车身局部的气动性能,类似于局部减阻。对此,本文以某款标杆车为研究对象,在保车身造型特征的基础上,提出基于硬点-骨架约束的车身曲面减阻优化法,通过构建目标曲面约束条件,继承车身骨架原有造型风格,采用试验设计技术获得了单曲面最佳气动造型。在此基础上,综合车身多个曲面,将其同时作为气动减阻优化对象,得到车身曲面群最优造型。具体研究内容如下:1.对国内外汽车减阻方法进行了综述,讨论了汽车空气动力学研究的数值计算方法和试验设计技术,以及汽车外流场数值模拟基本理论。在此基础上,综合考虑车身外流场数值计算精度和效率,对数值模拟所采用的湍流模型、网格划分策略、算法进行分析。通过数值模拟和风洞试验验证,确定了汽车外流场数值计算方法的可靠性,为后续标杆车的减阻优化奠定基础。同时,探讨了标杆车细部减阻技术的瓶颈。2.针对目前标杆车细部优化方法的缺陷,提出基于硬点-骨架约束的车身曲面减阻优化方法。以气动阻力影响较大的三个曲面:发动机罩、前风窗、车顶作为减阻优化研究对象,结合车身曲面硬点-骨架约束基本原理和试验设计进行车身减阻。首先采用最优拉丁超立方方法抽取曲面样本组;然后通过数值计算获得气动阻力系数响应值;紧接着采用二阶响应面近似模型(RSM),建立目标曲面变量因子与气动阻力系数的响应关系;在此基础上,借助多岛遗传算法(MIGA)对曲面进行全局寻优,分别得到三个目标曲面的最佳气动阻力造型。3.对三个目标曲面优化结果进行叠加数值计算分析,发现不同曲面间存在交互效应,两曲面减阻效果并非线性叠加,部分工况甚至低于单个曲面的减阻效果。对此,为实现全局优化,通过基于硬点-骨架约束的车身曲面群局减阻优化方法,将车头、发动机罩、前后风窗、车顶、后备箱等曲面群中9个关键点作为重构曲面的变量因子,采用DOE对车身曲面群进行气动造型优化,最终使标杆车气动阻力系数降幅高达11.03%,证明了该方法的有效性。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.82;U461.1

【参考文献】

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