本文關(guān)鍵詞：基于硬點(diǎn)—骨架約束的車身曲面群局減阻優(yōu)化研究

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【摘要】：近年來,隨著國家高速公路路網(wǎng)進(jìn)一步完善和汽車工業(yè)迅猛發(fā)展,汽車車速大大提高。而對于高速行駛的汽車,克服氣動阻力所消耗的功率與車速的立方成正比,加劇了能源危機(jī)和環(huán)境污染的程度。目前,由于其他降低汽車能耗存在技術(shù)瓶頸問題,使得基于汽車空氣動力學(xué)的氣動減阻倍受青睞。當(dāng)前國內(nèi)大多數(shù)汽車企業(yè)主要采用汽車減阻技術(shù)方法有如下幾類:第一類局部減阻技術(shù),即在汽車造型風(fēng)格確定后,采用的局部減阻技術(shù),不僅車身局部結(jié)構(gòu)特征參數(shù)改變所引起的氣動阻力變化不具備明確性,而且大多是依賴于工程師的個人減阻修型經(jīng)驗(yàn);第二類整體減阻技術(shù),其理想形體過于單一,不符合造型風(fēng)格的多樣性;第三類仿生減阻和附加裝置減阻技術(shù),仿生減阻設(shè)計(jì)的車身缺乏實(shí)用性,仍舊停留在探索階段,而氣動附加裝置減阻技術(shù)主要用于改善車身局部的氣動性能,類似于局部減阻。對此,本文以某款標(biāo)桿車為研究對象,在保車身造型特征的基礎(chǔ)上,提出基于硬點(diǎn)-骨架約束的車身曲面減阻優(yōu)化法,通過構(gòu)建目標(biāo)曲面約束條件,繼承車身骨架原有造型風(fēng)格,采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)獲得了單曲面最佳氣動造型。在此基礎(chǔ)上,綜合車身多個曲面,將其同時作為氣動減阻優(yōu)化對象,得到車身曲面群最優(yōu)造型。具體研究內(nèi)容如下:1.對國內(nèi)外汽車減阻方法進(jìn)行了綜述,討論了汽車空氣動力學(xué)研究的數(shù)值計(jì)算方法和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù),以及汽車外流場數(shù)值模擬基本理論。在此基礎(chǔ)上,綜合考慮車身外流場數(shù)值計(jì)算精度和效率,對數(shù)值模擬所采用的湍流模型、網(wǎng)格劃分策略、算法進(jìn)行分析。通過數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證,確定了汽車外流場數(shù)值計(jì)算方法的可靠性,為后續(xù)標(biāo)桿車的減阻優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。同時,探討了標(biāo)桿車細(xì)部減阻技術(shù)的瓶頸。2.針對目前標(biāo)桿車細(xì)部優(yōu)化方法的缺陷,提出基于硬點(diǎn)-骨架約束的車身曲面減阻優(yōu)化方法。以氣動阻力影響較大的三個曲面:發(fā)動機(jī)罩、前風(fēng)窗、車頂作為減阻優(yōu)化研究對象,結(jié)合車身曲面硬點(diǎn)-骨架約束基本原理和試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行車身減阻。首先采用最優(yōu)拉丁超立方方法抽取曲面樣本組;然后通過數(shù)值計(jì)算獲得氣動阻力系數(shù)響應(yīng)值;緊接著采用二階響應(yīng)面近似模型(RSM),建立目標(biāo)曲面變量因子與氣動阻力系數(shù)的響應(yīng)關(guān)系;在此基礎(chǔ)上,借助多島遺傳算法(MIGA)對曲面進(jìn)行全局尋優(yōu),分別得到三個目標(biāo)曲面的最佳氣動阻力造型。3.對三個目標(biāo)曲面優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行疊加數(shù)值計(jì)算分析,發(fā)現(xiàn)不同曲面間存在交互效應(yīng),兩曲面減阻效果并非線性疊加,部分工況甚至低于單個曲面的減阻效果。對此,為實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化,通過基于硬點(diǎn)-骨架約束的車身曲面群局減阻優(yōu)化方法,將車頭、發(fā)動機(jī)罩、前后風(fēng)窗、車頂、后備箱等曲面群中9個關(guān)鍵點(diǎn)作為重構(gòu)曲面的變量因子,采用DOE對車身曲面群進(jìn)行氣動造型優(yōu)化,最終使標(biāo)桿車氣動阻力系數(shù)降幅高達(dá)11.03%,證明了該方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.82;U461.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1291121