[發明專利]一種基于CAE仿真技術的碳纖維導流罩優化設計方法

在審

• 申請號: 201510041272.0
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104615816A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 朱陸林;吳志強;包成棟
• 申請（專利權）人: 武進高新技術創業服務中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

技術領域

本發明涉及基于CAE仿真技術的優化設計技術領域，尤其是一種基于CAE仿真技術的碳纖維導流罩優化設計方法。

背景技術

隨著列車運行速度的提高，列車與空氣間相互作用加劇，氣動阻力隨列車運行速度的平方增加，而所需功率隨速度的立方增加。因此，人們開始追求流線型的列車整體外形設計。列車的整體流線型設計可分為車身的基礎形狀選型、整體流線型設計和局部優化設計3個階段。前2個階段往往在新車型設計前期發揮重要作用，而局部優化設計階段則是在保證車體整體造型風格不變的前提下，對車體的局部細節進行優化設計，在設計后期發揮至關重要的作用。

現有的受電弓導流罩存在以下矛盾：

(1)導流罩高度導流罩高度若增加，則受電弓阻力下降、導流罩阻力增加，兩者總體阻力增加或降低需要權衡；

(2)導流罩坡度若變緩，則受電弓阻力增加，導流罩阻力下降，兩者總體阻力增加或降低需要權衡，也存在一種最優平衡位置；

(3)氣動載荷同時影響結構強度，導流罩需要兼顧氣動和結構耦合場之間的相互影響。

因此受電弓導流罩優化問題主要歸結為空氣動力學和結構強度問題，采用碳纖維復合材料對導流罩進行鋪層設計，以達到增加結構強度、剛度并減重的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：對導流罩進行優化設計，尋求最優設計方案。為了解決上述問題，提供一種一種基于CAE仿真技術的碳纖維導流罩優化設計方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于CAE仿真技術的碳纖維導流罩優化設計方法，包括以下步驟：

(1)對碳纖維導流罩優化設計工作進行指標分解，擬定以受電弓導流罩高度、前展度、厚度為優化對象，以受電弓導流罩阻力、強度、質量作為目標函數，對碳纖維導流罩進行優化；

(2)初步擬定碳纖維導流罩的關鍵設計數據進行建模；

(3)對步驟(2)中建立的三維試驗模型定義單元，劃分網格，利用Sculptor

在受電弓導流罩初始方案網格節點外面加上一個控制域，通過控制域上的控制點坐標系的縮放、旋轉、平移，實現實時網格參數化變形；

(4)對碳纖維導流罩三維試驗模型施加載荷，進行導流罩結構強度的分析計算，進而提取導流罩的應力與變形；

(5)通過CAE分析碳纖維導流罩的數據模型及計算結果，并對多目標結果進行判斷，確定最優解，如果不是最優解，則返回步驟(3)、步驟(4)，開始新一輪尋優，如果是最優解則停止計算。

在仿真計算三維試驗模型的仿真值之前，定義材料參數屬性。

本發明的有益效果是，采用CAE仿真技術進行結構分析，取代了傳統的經驗判斷和理論強度校核計算方法，提高了驗證分析的效率和準確性。

具體實施方式

一種基于CAE仿真技術的碳纖維導流罩優化設計方法，包括以下步驟：

(1)對碳纖維導流罩優化設計工作進行指標分解，擬定以受電弓導流罩高度、前展度、厚度為優化對象，以受電弓導流罩阻力、強度、質量作為目標函數，對碳纖維導流罩進行優化；

(2)初步擬定碳纖維導流罩的關鍵設計數據進行建模；

(3)對步驟(2)中建立的三維試驗模型定義單元，劃分網格，利用Sculptor

在受電弓導流罩初始方案網格節點外面加上一個控制域，通過控制域上的控制點坐標系的縮放、旋轉、平移，實現實時網格參數化變形；

(4)對碳纖維導流罩三維試驗模型施加載荷，進行導流罩結構強度的分析計算，進而提取導流罩的應力與變形；

(5)通過CAE分析碳纖維導流罩的數據模型及計算結果，并對多目標結果進行判斷，確定最優解，如果不是最優解，則返回步驟(3)、步驟(4)，開始新一輪尋優，如果是最優解則停止計算。

在仿真計算三維試驗模型的仿真值之前，定義材料參數屬性。

本發明采用CAE仿真技術進行結構分析，取代了傳統的經驗判斷和理論強度校核計算方法，提高了驗證分析的效率和準確性。