基于Morph技术和DOE的微车造型气动特性灵敏度研究-车辆工程硕士论文.doc

1、学校代号 10532 学 号 S1102W255 分 类 号 U463 密 级 公开 工程硕士学位论文 基于 Morph技术和 DOE的微车造型气动特性灵敏度研究 学位申请人姓名 江 亮 培 养 单 位 机械与运载工程学院 导师姓名及职称 成艾国 教授 何智成 讲师 韦 勇 高级工程师 学 科 专 业 车辆工程 研 究 方 向 汽车空气动力学 论 文 提 交 日 期 2013 年 5 月 21 日 学校代号： 10532 学 号： S1102W255 密 级：公开 湖南大学工程硕士学位论文 基于 Morph技术和 DOE的微车造型气动 特性灵敏度研究 学位申请人姓名 江 亮 导师姓名及职称 成

2、艾国 教授 何智成 讲师 韦 勇 高级工程师 培 养 单 位 机械与运载工程学院 专 业 名 称 车辆工程 论 文 提 交 日 期 2013 年 5 月 21 日 论 文 答 辩 日 期 2013年 5 月 28 日 答辩委员会主席 龚金科 教授 The research on sensitivity about aerodynamic characteristics of micro-bus based on Morph and DOE by JIANG Liang B.E. (Hunan University) 2011 A thesis submitted in partial sati

3、sfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in Automotive Engineering in the Graduate School of Hunan University Supervisor Professor Cheng Aiguo, Lecturer He Zhicheng and Senior Engineering Wei Yong May, 2013 湖 南 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本 人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以

4、标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的 成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以 将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密 ，在 年解密后适用本授权书。 2 不保密 。 (请在以上相应

5、方框内打 “”) 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 I 基于 Morph 技术和 DOE 的微车造型气动特性灵敏度研究 摘 要 车辆的空气动力学性能对于汽车的动力性、操作稳定性、舒适性以及燃油经济性等性能有着至关重要的影响。特别是进入 21 世纪以来 ，随着能源危机的进一步加剧，能源价格不断上涨，所有的汽车都面临着降低阻力的要求。目前，国内对汽车减阻节能研究的重点主要放在轿车上，而对于风阻系数较大的微型客车的研究却相对较少。随着微车市场的进一步扩大，我国绝大部分汽车厂商都已大批量微型客车。但是，由于微型客车特殊的结构特点，即不具有一般轿车光顺的形体，同时迎风面积较

6、大，造成整车的气动性能较差，气动阻力较大。在高速行驶时，气动阻力急剧增大，耗油量剧增。因此，开展微型客车气动造型对气动阻力系数影响的研究有着重大的工程意义。 针对目前国内整车厂关于汽车外流场的 研究现状：从 CAD数模几何清理到最终获得分析结果需要较长时间，而对于每一次造型改动均需要再从重画面网格开始，整体工作效率不高。本文将现有的网格变形工具 Sculptor 与 CFD 网格处理搭建接口，建立了一套有效地流程，在汽车造型设计中将造型结构参数化，结合高级 Morph网格自动变形技术，从而缩短前处理环节的时间。 相比于前人的研究工作，本文采用的计算模型来源于工程中，选用的计算方法通过了试验对标

7、，结果更为可靠，主要创新点有： （ 1）将 Sculptor 网格变形技术运用到汽车外流场分析流程中，省略了因造型改 变而需要人工参与的网格重画时间，同时能保证网格质量，从而提高了整车开发流程的工作效率，缩短开发周期。 （ 2）通过 Isight 平台将造型结构变化、网格重置、 CFD 分析进行闭环，将原来单独的工作流程实现了自动化。在整车开发的空气动力学评估中，能在较短的时间内获得不同造型对于风阻系数的影响程度，具有非常重大的工程意义。 关键词：微型客车；网格变形；试验设计；空气动力学；风阻系数；灵敏度分析 II 工程硕士学位论文 Abstract Aerodynamic performan

8、ce of the vehicle has a critical influence on the cars power, operational stability, comfort and fuel economy performance. Especially since the beginning of the 21st century, with the energy crisis further exacerbated, energy prices continue to rise, all the cars are faced with the requirement to re

9、duce resistance. At present, the research about drag reduction and energy-saving are focus on the car, but not micro-buses, which are with larger drag coefficient. With the further expansion of the micro-buses market, the vast majority of car manufacturers in China have large quantities of micro-bus

10、es. However, due to the special structural characteristics of the micro-buses: without a general car fairing body, nor a larger frontal area, resulting in poor aerodynamic performance of the vehicle and large aerodynamic drag. At high speeds, aerodynamic drag increases rapidly, leading to sharp incr

11、ease in fuel consumption. Therefore, carrying out a study about the relationship between the aerodynamic drag coefficient of micro-buses and the body shape does have a major engineering significance. For domestic research on flow field around automobile in vehicle factory: It takes o long time from

12、the CAD geometry cleanup to the results of the analysis. Especially, grid re-divided is required for every shape change, the overall efficiency is not high. In this paper, an interface is structured between Sculptor, which is a existing grid deformation tool and CFD, then an effective process is est

13、ablished. Also shape structure parameters and automatic mesh morphing technology are both taken considered in automotive design thus shortening the pre-processing part of the time. Compared to previous studies, computational model used in this paper comes from the project, the calculation method use

14、d has passed the test of the standard, the results are more reliable, the main innovations are： (1) In the process using the Sculptor Morphing technology to the analysis of the outflow automotive field ,time used to redraw the mesh by human has been omitted,and the quality of the mesh is guaranteed.

15、 Thereby the process can increase the efficiency of the vehicle development process and shorten the development cycle. (2) Shape structural change, grid resetting, CFD analysis are connected for closed-loop by Isight platform,then a automated workflow is realized in this paper. In aerodynamics asses

16、sment of vehicle development,it can obtain the degree of influence III 基于 Morph 技术和 DOE 的微车造型气动特性灵敏度研究 that different shapes for the drag coefficient,which has a very significant engineering significance. Key Words: Micro-bus; Mesh deformation; Design of experimental; Aerodynamics; Drag coefficient;

17、 Sensitivity analysis IV 工程硕士学位论文 目 录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 . I 摘 要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II Abstract . . . . . . . . . . . III 第 1 章 绪 论 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 课题的研究背景 . . . . . . 1 1.2 国内外发展状况 . . . . . 2 1.3 相关研究综述 . . . . . . 5 1.3.1 Sculpto r 网格变形技术概述 . .

18、. . . . . . . . . . . 5 1.3.2 试验设计概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4 本课题研究目的及 内容 . . . . 5 第 2 章 汽车空气动力学理论及微型客车数值模拟 . 8 2.1 汽车外流场的复杂性 . . . . . 8 2.2 汽车外流场数值模拟假设 1 9 . . . . . . 8 2.3 控制方程 . . . . . . . . 9 2.3.1 连续方程（质量守恒） . . . . . . . . . . . 9 2.3.2 动量方程 . . . . . . . . . . . . . . .

19、 . . . . . . 10 2.3.3 能量方程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.4 汽车受力模型简要分析 . . . . . . 10 2.5 微型客车外流场数值模拟 . . . . . . . 11 2.5.1 几何模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5.2 计算区域的确定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.5.3 有限元网格划分 . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.5.4

20、 计算湍流模型的选择 . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5.5 CFX 中边界条件的确定 . . . . . . . . . . . . 16 2.5.6 模拟结果显示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.6 整车试验对标 . . . . . 18 2.7 本章小结 . . . . . 19 第 3 章 基于空气动力学分析的试验设计 . . . . . . . . . . . . 20 3.1 试验设计理论基础 . . . . . . . 20 3.1.1 基本术语 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.1.2 试验设计基本原则 . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 V