基于近似模型的汽车尾部结构减阻优化

发布时间：2020-07-22 02:12

【摘要】：中国作为汽车保有量世界第一的大国,在石油资源日益紧缺的情况下,降低燃油消耗、发展电动车愈发重要,并将上升到国家战略层面。在降低燃油消耗的方法中,减小汽车的空气阻力系数是最为行之有效的方法之一。中国每年新增车辆以千万计,所以降低汽车气动阻力、优化整个减阻流程成为迫在眉睫的事情。本文以阶背式MIRA模型作为研究对象,采取近似优化方法对汽车尾部结构进行减阻优化设计。对于多维度复杂的优化问题,近似模型与优化算法的组合方法具有高效、精确的特点。论文的主要目的是:借助三维建模、计算流体力学、近似优化等软件,搭建优化系统来减小阶背式MIRA模型的气动阻力。且提出了组合优化并应用到阶背式MIRA模型车尾结构参数优化中,有效地提高了汽车的气动性能。首先,在三维建模软件CATIA中建立阶背式MIRA轿车模型,依托商用流体力学仿真软件,进行了数值模拟,发现汽车尾部湍流结构十分复杂并伴随着很大的能量耗散。基于上述仿真结果,分析引起模型阻力较大的关键因素,并选取了车顶倾角、车尾锥度、尾部上翘角、车身两侧外廓线弦长、后风窗倾角、侧风窗倾角、行李箱盖倾角,共七个对汽车尾部涡流区域影响较大的参数变量。因为上述车身两侧外廓线弦长、侧风窗倾角以及车顶倾角三个参数变量会引起汽车正投影面积的大小,而根据气动阻力的计算公式可知,正投影面积和阻力系数的改变都将引起气动阻力的变化。所以将气动阻力系数作为气动性能优化的评价指标不再具有可信度。因此本次以气动阻力系数和正投影面的乘积-流线型系数作为气动性能优劣的评价指标,并进行阶背式MIRA模型的尾部结构优化。接着对不同的近似模型和优化算法进行两两组合,分析不同的组合对目标函数优化效果,并校验各组最优解与仿真值的误差大小。综合考虑各个优化组合的效率,因为在不同条件的问题之下,对于汽车造型优化的工程问题的优化组合也不完全相同。最后,通过对7个参数变量的优化,整车的流线型系数降低了16.9%。根据DOE矩阵分析各个关键参数对汽车阻力的影响程度,各参数与阻力系数、流线型系数的拟合函数关系。对最优参数对应的模型进行模拟仿真,并对仿真结果进行详细的后处理来分析车尾流场,将其与MIRA模型进行对比,研究其减阻机理。本文设计的优化流程,不仅快速有效的分析各参数变量对汽车气动阻力的影响,识别出了关键参数变量,优化了设计流程,降低了汽车的气动阻力,而且节约了大量的时间和精力,对实际过程中的汽车设计有一定的借鉴价值,同时为实现汽车气动外形优化设计提供了参考。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U461.1
【图文】：

流程图,优化设计,流程图

（2）造型上，造形和空气动力学是两种不同的美。前者具有感性的审美特征者具有合理的审美的严谨性。这两个是相互依赖的关系。符合产品的气动外形滑流畅的车身，严谨的规格，才具有良好的理性美感特征。因此，良好的造型是两者的结合，不仅是美的艺术，也是空气动力学的科学。汽车的空气动力学形状优化，最开始是通过三维软件设计最初的三维模型，程师借助商用流体力学软件对三维模型的外流场进行分析，再建立油泥模型真实的实验验证，接着工程师根据积累的经验提出一种可能的优化方案，再将初始模型修改[4]。然后周而复始，直到整个空气阻力水平降低到目标水平。随车产品的加速更换，越来越多的公司需要缩短车辆的设计周期，以更好地适应变化的汽车市场。鉴于传统优化方法的局限性，本文提出将优化流程应用到汽车建模的初始，优化初始 MIRA 模型的气动外形。根据这种优化流程程，将原来的三个步合为一个，可以在初始三维几何模型建立过程中快速有效地控制车辆的气动。对不同近似模型的优化结果与优化算法进行了比较。根据优化误差，优化时优化所需的采样点数量，综合评估各组合的优缺点。

平台,组件

优化组件平台

汽车行驶,分力,空气阻力,阻力系数

动力学概述通的发展状况，汽车的使用渗透到了社会的各个发展，从而提高了汽车空气动力学在汽车工业上性能影响着汽车的操纵稳定性、安全性能等。力学是研究空气与汽车相对运动时的现象和规律一样作为汽车空气气动力学的一部分。其研究的恒、能量守恒等原理研究在空气的作用下，汽车的借助其他商业软件分析汽车的各个部分对车辆总车辆的气动造型提出更具指导意义的建议[45]。的研究方法包括理论研究、计算机辅助分析和风各有各的优点，相辅相成缺一不可。当汽车以一定个车辆的外流场区域形成了气动力和气动力所对力分析，在汽车的质心上受到的合力可以分解为并且这三个方向气动分力在汽车上会形成相应的示。

【参考文献】