本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合的汽車氣動及風(fēng)激振特性研究

  更多相關(guān)文章： 空氣動力學(xué) 流固耦合 數(shù)值仿真 風(fēng)激振 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 安全性

【摘要】：環(huán)境風(fēng)產(chǎn)生的氣動力對高速行駛車輛的安全性、穩(wěn)定性、舒適性都有著重要的影響,在車身設(shè)計(jì)、系統(tǒng)動力學(xué)、懸架設(shè)計(jì)等研究中都需要重點(diǎn)考慮,目前的科學(xué)研究很少考慮車身彈性元件的振動對流場結(jié)構(gòu)的影響問題。本文主要對國內(nèi)外關(guān)于流固耦合方法在飛機(jī)、火車、汽車上的應(yīng)用進(jìn)行深入研究,基于流固耦合、計(jì)算流體、結(jié)構(gòu)分析、振動等基礎(chǔ)理論,尋找出適用于本文研究內(nèi)容的數(shù)值仿真方法;然后通過引入考慮流固耦合效應(yīng)的數(shù)值仿真和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對此仿真方案進(jìn)行對比驗(yàn)證,確定出適用本文的最佳仿真方案;最后將已確定的仿真方案應(yīng)用到整車縮比模型數(shù)值仿真之中,進(jìn)行了不同時(shí)速下的整車振動、不同時(shí)速下的阻風(fēng)板振動、時(shí)變側(cè)風(fēng)下的車輛側(cè)滑和側(cè)傾三種常見問題的實(shí)際工程應(yīng)用。具體研究內(nèi)容概括如下:第一,本文提出考慮流固耦合效應(yīng)的研究方法,首先進(jìn)行基于MIRA模型的氣動和風(fēng)激振特性數(shù)值仿真研究,此數(shù)值仿真是將流體仿真和結(jié)構(gòu)仿真兩部分通常獨(dú)立的計(jì)算體系進(jìn)行耦合,然后通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)(氣動力測量技術(shù)、位移測量技術(shù)、PSI壓力掃描技術(shù)等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,兩種方法的結(jié)果偏差基本在±10%以內(nèi),對于實(shí)際工程應(yīng)用來說,此數(shù)值仿真方法具有一定的可行性和有效性,對工程實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。通過流場結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),流固耦合效應(yīng)對氣動升力的影響比較明顯,其影響機(jī)理主要是因?yàn)檐嚿砘蛘吒郊奈恢酶淖兌沽鲌鲋忻撀錅u或者分離渦的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變。第二,本文分別對不同時(shí)速下的整車振動和阻風(fēng)板振動進(jìn)行仿真研究,得到的仿真結(jié)果表明:(1)有無考慮流固耦合效應(yīng)的數(shù)值仿真在氣動升力方面差距較大,隨著車速的增加,風(fēng)激振效應(yīng)也隨之增強(qiáng);(2)對于整車流場分析,氣動升力在140km/h的差異率高達(dá)38%左右,非耦合的仿真結(jié)果相對偏小,依據(jù)此結(jié)果進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)開發(fā)有偏于冒險(xiǎn)的傾向;(3)風(fēng)激振現(xiàn)象容易引起彈性板件阻風(fēng)板的振動,此現(xiàn)象不僅會影響阻風(fēng)板的氣動性能,而且嚴(yán)重時(shí)會造成阻風(fēng)板損壞。第三,通過對三種不同的時(shí)變側(cè)風(fēng)(線性側(cè)風(fēng)、偽階躍側(cè)風(fēng)、正弦側(cè)風(fēng))進(jìn)行深入研究,研究發(fā)現(xiàn):(1)線性側(cè)風(fēng)相對影響較小,有無耦合的仿真方法差異不大;(2)高速偽階躍側(cè)風(fēng)將會產(chǎn)生瞬時(shí)危險(xiǎn)工況,對車輛的穩(wěn)定性和駕駛員技術(shù)水平要求較高,容易在高速行駛過程中產(chǎn)生危險(xiǎn);(3)有無耦合的數(shù)值仿真結(jié)果在氣動升力方面差距較大,無耦合的數(shù)值仿真使汽車設(shè)計(jì)工作更加偏向冒險(xiǎn),當(dāng)高速行駛車輛長時(shí)間處于正弦側(cè)風(fēng)工況時(shí),危險(xiǎn)性將會提高,應(yīng)該避免在此工況下長時(shí)間高速行駛�？傊�,本文從基礎(chǔ)理論、數(shù)值仿真、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面對比研究有無耦合的數(shù)值仿真方法的區(qū)別,對于傳統(tǒng)無耦合CFD預(yù)測的氣動升力要比實(shí)際情況偏小,會對自動駕駛和懸架自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的危險(xiǎn)情況預(yù)判產(chǎn)生影響,而流固耦合的CFD數(shù)值仿真更能貼近實(shí)際情況,為智能車的自動駕駛和自動調(diào)節(jié)懸架提供更精確的參考數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：空氣動力學(xué) 流固耦合 數(shù)值仿真 風(fēng)激振 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 安全性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U461.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12-15
• 1.1.1 背景12-13
• 1.1.2 研究目標(biāo)13
• 1.1.3 定義13-14
• 1.1.4 研究瓶頸14
• 1.1.5 新方法的提出14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本文的研究方法18
• 1.4 本文的研究內(nèi)容18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第2章 數(shù)值仿真參數(shù)的影響性分析及方案確定20-34
• 2.1 氣流的基本假設(shè)20
• 2.2 無耦合外流場數(shù)值仿真20-27
• 2.2.1 幾何模型20-21
• 2.2.2 模型網(wǎng)格方案21-22
• 2.2.3 網(wǎng)格無關(guān)性分析22-26
• 2.2.4 數(shù)值仿真邊界條件的選擇26
• 2.2.5 湍流模型的選擇26-27
• 2.3 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證27-31
• 2.3.1 汽車風(fēng)洞28
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)方法和內(nèi)容28-31
• 2.4 CFD數(shù)值仿真與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比驗(yàn)證31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第3章 高速汽車流固耦合數(shù)值仿真的理論研究34-44
• 3.1 空氣動力學(xué)數(shù)學(xué)理論34-35
• 3.1.1 質(zhì)量守恒方程34
• 3.1.2 動量守恒方程34-35
• 3.2 高速汽車動力學(xué)數(shù)學(xué)模型35
• 3.3 流固耦合理論35-36
• 3.3.1 數(shù)學(xué)理論36
• 3.4 動網(wǎng)格技術(shù)36-38
• 3.4.1 有限體積法中的動網(wǎng)格求解原理37
• 3.4.2 動網(wǎng)格更新原理37-38
• 3.5 縮比模型相似理論38-40
• 3.5.1 相似的定義38
• 3.5.2 相似定理與準(zhǔn)則38
• 3.5.3 相似準(zhǔn)則的推導(dǎo)方法38-40
• 3.6 數(shù)據(jù)分析理論40-41
• 3.6.1 伯努利定理40
• 3.6.2 傅里葉分析40-41
• 3.7 車輛行駛安全性、穩(wěn)定性和舒適性的評價(jià)41-42
• 3.7.1 定義41-42
• 3.7.2 評價(jià)依據(jù)42
• 3.8 本章小結(jié)42-44
• 第4章 MIRA模型的流固耦合數(shù)值仿真研究44-64
• 4.1 流固耦合的仿真計(jì)算理論44-47
• 4.1.1 固體模型有限元分析44
• 4.1.2 流體模型求解理論44-45
• 4.1.3 流固耦合數(shù)值仿真計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方法45-47
• 4.2 基于流固耦合的MIRA數(shù)值仿真計(jì)算47-62
• 4.2.1 物理模型及網(wǎng)格劃分47-49
• 4.2.2 流固耦合仿真參數(shù)設(shè)置49-51
• 4.2.3 MIRA氣動特性分析51-56
• 4.2.4 MIRA風(fēng)激振特性分析56-62
• 4.3 本章小結(jié)62-64
• 第5章 MIRA模型的流固耦合風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證64-72
• 5.1 MIRA模型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)64-67
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>64-65
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備65-66
• 5.1.3 實(shí)驗(yàn)方案66
• 5.1.4 阻塞比的影響與修正66-67
• 5.1.5 雷諾數(shù)影響67
• 5.2 MIRA模型的數(shù)值仿真與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對比研究67-71
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差分析67-68
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析68-71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 第6章 流固耦合方法的工程應(yīng)用72-98
• 6.1 基于流固耦合的整車數(shù)值仿真計(jì)算72-89
• 6.1.1 物理模型及網(wǎng)格劃分72-74
• 6.1.2 流固耦合仿真參數(shù)設(shè)置74
• 6.1.3 整車氣動特性分析74-81
• 6.1.4 整車風(fēng)激振特性分析81-89
• 6.2 基于流固耦合的阻風(fēng)板數(shù)值仿真計(jì)算89-97
• 6.2.1 物理模型及網(wǎng)格劃分89-91
• 6.2.2 流固耦合仿真參數(shù)設(shè)置91
• 6.2.3 阻風(fēng)板氣動特性分析91-95
• 6.2.4 阻風(fēng)板的風(fēng)激振特性分析95-97
• 6.3 本章小結(jié)97-98
• 第7章 基于流固耦合的時(shí)變側(cè)風(fēng)高速汽車氣動特性研究98-114
• 7.1. 物理模型及網(wǎng)格劃分98-101
• 7.1.1 固體模型98-99
• 7.1.2 流體模型99-101
• 7.2 流固耦合仿真參數(shù)設(shè)置101
• 7.3 仿真結(jié)果對比分析101-113
• 7.3.1 整車氣動特性分析101-108
• 7.3.2 整車風(fēng)激振特性分析108-113
• 7.4 本章小結(jié)113-114
• 第8章 總結(jié)與展望114-116
• 8.1 全文總結(jié)114-115
• 8.2 創(chuàng)新點(diǎn)115
• 8.3 展望115-116
• 參考文獻(xiàn)116-120
• 作者簡介和科研成果120-121
• 致謝121

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃碩;;基于CFD技術(shù)的轎車外流場數(shù)值模擬及優(yōu)化[J];中國科技論文;2013年11期

2 崔濤;張衛(wèi)華;王琰;;側(cè)風(fēng)環(huán)境下列車高速交會流固耦合振動安全性分析[J];振動與沖擊;2013年11期

3 余皓;楊志剛;朱暉;;兩廂車空氣動力阻力數(shù)值解與網(wǎng)格無關(guān)性研究[J];計(jì)算機(jī)仿真;2013年01期

4 熊超強(qiáng);臧孟炎;范秦寅;;低阻力汽車外流場的數(shù)值模擬及其誤差分析[J];汽車工程;2012年01期

5 江洪;唐鵬;;轎車車身外流場的CFD仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J];重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年03期

6 張英朝;張U，

本文編號：1098970