汽车车身造型与风阻特性优化研究

发布时间：2020-11-19 11:38

　　 随着能源危机逐渐加剧和石油价格的不断攀升,汽车行驶的经济性已成为人们购买汽车所关心的重要因素,而汽车的风阻则是影响行驶能耗的关键指标,其大小与汽车的造型参数具有密切关系。因此,在汽车的造型设计中,如何通过修改汽车造型来改善汽车的风阻性能,就成为汽车造型设计研究中的重要课题。本文基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟思想,提出了一种将车身造型参数与CFD相结合,通过改变造型参数来改善风阻性能的方法。论文的主要研究内容如下:(1)利用Grasshopper建立了一套通用的3厢轿车车身造型参数化模型,通过改变相关参数实现车身造型的变化,为CFD模拟时不同车型的建模提供了有效手段。(2)以NURBS曲面理论为基础,研究了车型外形曲面的参数化设计问题,通过过渡曲面不同的曲率变化,得到不同的车辆模型,并形成参数化的曲面拼接造型风格调整方法。(3)采用Gambit软件进行模型的前处理、Fluent软件进行数值模拟的方法,对车身外流场气动特性进行了数值模拟,分别从车身表面压力云图和速度矢量图等方面分析了汽车模型的空气动力学特性,为以气动性能优化为目标的汽车造型参数选取提供了依据。(4)根据数值模拟筛选出了三个影响汽车风阻的关键造型参数,设计了三因素三水平的正交试验,得到了 27种不同车型并进行了 CFD数值模拟,以风阻系数为优化目标,得到最佳参数的车身模型。再次对最佳参数的车身模型进行数值模拟,结果表明优化后的车型风阻系数有明显降低,验证了设计方法的有效性。研究表明,本文提出的将车身造型参数与CFD相结合,通过改变造型参数来改善风阻性能的方法是可行的,通过车身造型参数的优化,可有效改善汽车的风阻特性。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：U463.82
【部分图文】：

1绪论11绪论1.1课题研究的背景及意义1.1.1课题研究的背景2020年2月，国家统计局发布的2019年统计公报显示，截止2019年年末，我国民用汽车保有量已经高达2.615亿辆（包括三轮汽车和低速货车762万辆）。其中私家车保有量更是达到了2.26亿辆。随着汽车能源危机的加剧以及汽车行驶速度的提高，人们越来越关注汽车的高速空气动力性能[1]。因此，从汽车行驶的经济性来说，能耗的减少是人们最为关心的指标之一。图1-12012-2019年汽车保有量数据（图片来源：网络）Fig.1-12012-2019carownershipdata根据中国汽车工业协会数据统计情况，2016年我国的汽车产销量分别是2450.33万辆、2459.76万辆，同比增长3.3%、4.7%。我国已经成为世界上最大的汽车生产国和最大的汽车消费国[2]。尽管数据显示中国处于全球汽车生产和销售的前列，但大部分汽车企业均为合资企业，而中国本土企业的贡献相对较小[2]。从此便可以说明，与国际水平相比，中国汽车工业水平还存在较大差距。随着汽车工业的快速发展和道路上汽车数量的快速增长，导致汽车能源（石油，天然气，电力）的资源需求显着增加，而石油和天然气都属于不可再生资源，从而导致了汽车能源的供应紧张，能源价格不断攀升，这也导致了部分能耗大的汽车销量的降低。

着现代工业化和计算机的发展和应用而得到迅速发展和完善。曲面建模技术主要研究计算机的参与和应用，如何实现曲面的表达和设计修改，是计算机辅助几何设计中的关键研究对象之一[30]。早在1963年Ferguson[31]首次将参数矢量函数引入到曲线曲面的构造中，提出了著名的Ferguson曲线和Ferguson双三次曲面片，并在美国Boeing公司的FMILL系统上得以实现[32]。此后，曲线曲面的参数形式成为形状数学描述的标准形式；1964年Coons[33]通过引入超限差值的概念，给定四条封闭的曲线就可以定义一张Coons混合曲面；1971年，法国Renault公图1-2国外风洞试验（图片来源：网络）Fig.1-2Foreignwindtunneltests

论文框架图（图片来源：自制）
【参考文献】

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本文编号：2889986