本文關(guān)鍵詞：汽車外后視鏡風(fēng)激振特性的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著汽車電子科技的發(fā)展,在后視鏡上安裝的部件也越來(lái)越多,如鏡面加熱器、電動(dòng)鏡面調(diào)節(jié)器與攝像頭等,這樣導(dǎo)致后視鏡重量越來(lái)越大,致使后視鏡更易發(fā)生振動(dòng),對(duì)行車安全性產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。因此在汽車外后視鏡設(shè)計(jì)階段,其動(dòng)態(tài)性能通常在試驗(yàn)中進(jìn)行反復(fù)評(píng)價(jià),流程是從問(wèn)題發(fā)現(xiàn)到問(wèn)題解決,這樣不僅延長(zhǎng)開發(fā)設(shè)計(jì)周期,而且使研發(fā)成本增加。導(dǎo)致后視鏡振動(dòng)的原因包括路面不平度、傳動(dòng)系機(jī)械振動(dòng)與氣流激勵(lì),其中氣流引起后視鏡振動(dòng)的原因?yàn)闇u激振動(dòng)、氣流提早分離、表面壓力波動(dòng)與湍流震蕩。本文通過(guò)對(duì)研究歷史及現(xiàn)狀的總結(jié),提出采用雙向流固耦合方法對(duì)氣流引起的外后視鏡振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值仿真。研究?jī)?nèi)容分為流致振機(jī)理研究、單個(gè)后視鏡流致振研究與整車條件下后視鏡流致振研究三個(gè)部分。本文中,首先選取基礎(chǔ)模型三維方柱體進(jìn)行研究。采用STAR-CCM+計(jì)算流場(chǎng)、Abaqus計(jì)算固體變形,在STAR-CCM+協(xié)同仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換。在本文中采用固定質(zhì)量比與折合阻尼因子,研究在不同頻率比情況下的振動(dòng)特性。從計(jì)算得到的結(jié)果中看出,方柱在低頻率比時(shí),振動(dòng)幅度較小;隨著振動(dòng)的發(fā)展與頻率比的增大,振動(dòng)幅度逐漸變大;在頻率比接近1處,此時(shí)漩渦脫落的頻率與方柱結(jié)構(gòu)自振頻率相等,發(fā)生了共振,產(chǎn)生一個(gè)明顯的振幅波峰;在超過(guò)共振點(diǎn)頻率比時(shí),振幅明顯減小。其次,以單個(gè)后視鏡為研究對(duì)象,減小了因A柱及汽車其他部件對(duì)后視鏡周圍流場(chǎng)的干擾。研究選用Driv Aer模型,利用后視鏡表面幾何在CATIA中厚曲面做出后視鏡實(shí)體,利用實(shí)體結(jié)構(gòu)建立后視鏡有限元模型。通過(guò)模態(tài)分析得出后視鏡自身的固有頻率。計(jì)算共包括18個(gè)工況,研究工況中不僅包括常規(guī)行駛車速,而且探索后視鏡在車輛極限行駛工況下的振動(dòng)特性,車速范圍為20km/h~180km/h。得出的結(jié)果為:當(dāng)V=20km/h時(shí),低頻振動(dòng)頻率與渦脫頻率接近,此時(shí)振動(dòng)由漩渦脫落引起;當(dāng)V=30km/h時(shí),漩渦脫落的頻率與位移頻率相互錯(cuò)開,此時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生強(qiáng)烈渦激現(xiàn)象;當(dāng)V=70km/h時(shí),渦脫頻率與中頻振動(dòng)基本接近,但此時(shí)的頻率相對(duì)于后視鏡結(jié)構(gòu)的固有頻率差值較大,因此渦激現(xiàn)象沒(méi)有對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生很強(qiáng)烈的作用;當(dāng)160km/h≥V≥80km/h時(shí),隨著渦脫頻率的不斷增大,致使與結(jié)構(gòu)的固有頻率的差值也不斷增加,后視鏡結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率鎖定在兩個(gè)固定頻率不再發(fā)生變化,而且振動(dòng)強(qiáng)度也呈現(xiàn)接近倍數(shù)的增長(zhǎng),說(shuō)明此時(shí)漩渦的脫落影響較小,振幅只隨著風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)度增大而增加;當(dāng)V=160km/h時(shí),此時(shí)低頻振動(dòng)頻率發(fā)生了微弱的變化,但是此時(shí)振幅卻沒(méi)有隨著車速的增大而有明顯的增加,低頻振幅反而減小,說(shuō)明此時(shí)風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度特性的影響開始減小。以1:1Driv Aer整車模型為研究對(duì)象,使用快背式結(jié)構(gòu)模型,采用非復(fù)雜底盤。通過(guò)與單后視鏡振動(dòng)對(duì)比發(fā)現(xiàn),在渦脫頻率與后視鏡固有頻率相差較大時(shí),漩渦脫落對(duì)后視鏡的振動(dòng)影響較弱;而當(dāng)渦脫頻率與固有頻率較為接近時(shí),漩渦脫落對(duì)后視鏡振動(dòng)有很大的影響,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度的影響。對(duì)模型的研究發(fā)現(xiàn),在非渦激振動(dòng)主導(dǎo)情況下,后視鏡的振動(dòng)鎖定為一個(gè)固定的振動(dòng)頻率,不隨著漩渦脫落頻率與風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化。為了更明確的確定車身對(duì)后視鏡流場(chǎng)的影響程度,本文對(duì)比車輛行駛有無(wú)偏航角(即考慮側(cè)風(fēng)的影響)時(shí),研究了后視鏡不同的振動(dòng)特性。車輛在有偏航角(即側(cè)風(fēng)條件下)行駛時(shí),車身對(duì)后視鏡流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的作用加強(qiáng)。由于背風(fēng)側(cè)復(fù)雜的流場(chǎng)變化,致使流場(chǎng)對(duì)后視鏡作用力不再呈現(xiàn)主頻作用,產(chǎn)生了不同連續(xù)變化的頻率作用。同時(shí),由于流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化,后視鏡又恢復(fù)了較強(qiáng)烈的渦激振動(dòng)作用,只是此時(shí)渦脫頻率與后視鏡固有頻率相差較大,導(dǎo)致作用的程度有限。
【關(guān)鍵詞】：流固耦合 汽車空氣動(dòng)力學(xué) 后視鏡 渦激振動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.856
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 研究背景及意義13-19
• 1.1.1 研究背景13-18
• 1.1.1.1 鈍體繞流介紹13-14
• 1.1.1.2 流固耦合介紹14-16
• 1.1.1.3 外后視鏡流場(chǎng)介紹16
• 1.1.1.4 外后視鏡振動(dòng)原因介紹16-17
• 1.1.1.5 人眼圖像識(shí)別介紹17-18
• 1.1.1.6 外后視鏡設(shè)計(jì)法規(guī)介紹18
• 1.1.2 研究意義18-19
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史及現(xiàn)狀19-22
• 1.2.1 國(guó)外研究歷史及現(xiàn)狀19-21
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究歷史及現(xiàn)狀21-22
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.4 本文研究方法23
• 1.5 本章小結(jié)23-25
• 第2章 研究理論基礎(chǔ)25-31
• 2.1 流體數(shù)值模擬理論25-26
• 2.2 固體結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬理論26-27
• 2.3 流固耦合數(shù)值模擬理論27-29
• 2.3.1 流固耦合求解方法27-28
• 2.3.2 ALE方法的理論基礎(chǔ)28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第3章 流體誘發(fā)振動(dòng)基礎(chǔ)研究31-53
• 3.1 流體誘發(fā)振動(dòng)綜述31-32
• 3.1.1 流體誘發(fā)振動(dòng)的概念31
• 3.1.2 流體誘發(fā)振動(dòng)的分類31-32
• 3.2 方柱繞流數(shù)值模擬與結(jié)果分析32-51
• 3.2.1 方柱繞流的流動(dòng)特征32-33
• 3.2.2 固定方柱的數(shù)值模擬33-40
• 3.2.2.1 模型的選擇及邊界條件33-34
• 3.2.2.2 仿真方案的確定34-35
• 3.2.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析35-40
• 3.2.3 流致振方柱繞流的數(shù)值模擬40-51
• 3.2.3.1 數(shù)值模擬方法介紹41-42
• 3.2.3.2 模型的選擇及邊界條件42-43
• 3.2.3.3 數(shù)值模態(tài)分析43-44
• 3.2.3.4 數(shù)值模擬結(jié)果與分析44-51
• 3.3 本章小結(jié)51-53
• 第4章 單個(gè)外后視鏡不同速度下振動(dòng)特性研究53-77
• 4.1 數(shù)值仿真的模型53-57
• 4.1.1 流體模型53-55
• 4.1.2 有限元模型55-57
• 4.2 后視鏡模態(tài)分析與仿真探索57-59
• 4.2.1 后視鏡模態(tài)分析57-58
• 4.2.2 仿真探索58-59
• 4.3 數(shù)值模擬方案與邊界條件59-60
• 4.3.1 仿真方案59-60
• 4.3.2 邊界條件60
• 4.4 固定后視鏡計(jì)算結(jié)果與討論60-65
• 4.4.1 動(dòng)力系數(shù)結(jié)果與分析60-63
• 4.4.2 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析63-65
• 4.5 流致振后視鏡計(jì)算結(jié)果與討論65-74
• 4.5.1 動(dòng)力系數(shù)結(jié)果與分析65-71
• 4.5.2 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析71-74
• 4.6 后視鏡振動(dòng)評(píng)價(jià)74-76
• 4.6.1 評(píng)價(jià)方法74
• 4.6.2 評(píng)價(jià)結(jié)果74-76
• 4.7 本章小結(jié)76-77
• 第5章 整車不同速度下外后視鏡振動(dòng)特性研究77-103
• 5.1 數(shù)值仿真的模型77-79
• 5.1.1 流體模型77-79
• 5.1.2 有限元模型79
• 5.2 數(shù)值模擬方案與邊界條件79-80
• 5.2.1 仿真方案79
• 5.2.2 邊界條件79-80
• 5.3 整車固定后視鏡計(jì)算結(jié)果與討論80-85
• 5.3.1 動(dòng)力系數(shù)結(jié)果與分析80-82
• 5.3.2 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析82-85
• 5.4 整車流致振后視鏡計(jì)算結(jié)果與討論85-93
• 5.4.1 動(dòng)力系數(shù)結(jié)果與分析85-91
• 5.4.2 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析91-93
• 5.5 側(cè)風(fēng)下后視鏡振動(dòng)特性93-98
• 5.5.1 流體模型93-94
• 5.5.2 有限元模型94
• 5.5.3 計(jì)算結(jié)果與討論94-98
• 5.5.3.1 動(dòng)力系數(shù)結(jié)果與分析94-97
• 5.5.3.2 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析97-98
• 5.6 整車后視鏡振動(dòng)評(píng)價(jià)98-100
• 5.6.1 評(píng)價(jià)方法98-99
• 5.6.2 評(píng)價(jià)結(jié)果99-100
• 5.7 本章小結(jié)100-103
• 第6章 結(jié)論與展望103-105
• 6.1 結(jié)論103
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)103-104
• 6.3 展望104-105
• 參考文獻(xiàn)105-109
• 作者簡(jiǎn)介和科研成果109-111
• 致謝111

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本文編號(hào)：646338