[發明專利]非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法

有效

• 申請號: 201910426972.X
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN110096844B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 高偉;黃尚柱;于瓏浩;鄧召文
• 申請（專利權）人: 湖北汽車工業學院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F111/04;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 十堰博迪專利事務所 42110
• 代理人: 高良軍

1.非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：根據空氣動力學知識，利用CATIA軟件，簡化處理光滑汽車模型；

步驟二：在光滑汽車車身布置初始的非光滑單元結構，建立非光滑車表FSAE賽車參數化模型及汽車外流場域；

步驟三：應用hypermesh軟件對汽車模型的非光滑單元體結構區域內的線條、曲面，進行幾何清理；根據汽車模型的整體尺寸和非光滑單元尺寸確定汽車表面的最大尺寸值，劃分表面網格，并生成體網格；

步驟四：根據實際工況，編寫fluent執行的JOU腳本語言，施加邊界條件，對模型進行CFD數值模擬計算，根據仿真計算結果，確定設計變量的約束條件和目標函數；

步驟五：在設計變量的取值范圍內，選取合適的試驗抽樣方法，進行試驗樣本點設計；根據各樣本點生成對應的三維模型和網格文件，并計算各樣本點所對應的目標函數響應值；其中，具體處理過程：先在isight平臺下，通過編寫對應的批處理文件，集成三維建模軟件catia、前處理軟件hypermesh、CFD求解軟件fluent；然后利用isight平臺下的DOE模塊，選用合適的抽樣方法，進行試驗樣本點的設計，一般試驗樣本點的個數為設計變量的7-10倍；最后，根據實驗設計的樣本點數據，生成該樣本點下所對應的三維模型和網格文件，并計算出不同樣本點下的所對應的目標函數響應值；

步驟六：根據樣本點與響應值之間的數學關系構建近似模型，并檢驗近似模型的精度，若近似模型精確度不滿足工程技術要求，重新進行試驗樣本點設計，構建近似模型；否則，在近似模型的基礎上，選取合適的優化算法，尋求最優解，輸出最優解及最優目標函數值。

2.根據權利要求1所述的非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，其特征在于，所述步驟一中包括如下內容：將三維軟件導出的光滑汽車模型的中性格式文件到加載到CATIA中；然后，根據中性光滑汽車模型文件缺失的信息和空氣動力學知識，應用CATIA中GSD模塊構建必要的曲線；最后，根據上述構建的曲線對光滑汽車模型的缺失面、幾何信息出錯的曲面進行重構，完成光滑汽車模型的簡化處理。

3.根據權利要求1所述的非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，其特征在于，所述步驟二中包括如下內容：應用CATIA軟件，在光滑汽車車身布置初始非光滑單元結構，確定非光滑單元體結構尺寸的設計變量及其范圍，非光滑單元體的最大深度與高度由邊界層厚度計算公式：

通過CATIA公式編輯器定義非光滑單元結構體的參數變量，建立相應的設計表，將其導出為TXT記事文本；錄制CATIA宏文件，建立非光滑車表FASE賽車參數化模型及汽車外流場域。

4.根據權利要求1所述的非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，其特征在于，所述步驟三中包括如下內容：根據非光滑車身汽車模型，編寫hypermesh可執行的TCL腳本語言完成模型的幾何清理；根據非光滑體結構特點，先編寫TCL腳本語言,控制非光滑單元體結構的面單元尺寸最大為2mm，同理，編寫相應的腳本語言控制車輪的面單元尺寸最大為5mm，車身的面單元尺寸最大為10mm，根據邊界層理論，計算車身周圍邊界層的第一層厚度為1.5mm；檢驗車身表面的面單元網格質量，如不滿足要求，則重新編寫相應的TCL腳本語言；否則，生成非光滑車表汽車外流場域的體網格文件。

5.根據權利要求1所述的非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，其特征在于，所述步驟四中包括如下內容：根據計算流體力學知識，選用Realizable k-ε湍流模型進行數值模擬計算，根據實際工況，通過編寫fluent執行的JOU腳本語言，施加邊界條件，收斂精度、迭代步數，并根據仿真計算結果，確實優化問題的設計變量的約束條件和目標函數。

6.根據權利要求1所述的非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，其特征在于，所述步驟六包括如下內容：根據樣本點與目標函數響應值之間的關系，在isight平臺下的Approximation模塊下構建近似模型，然后隨機選取樣本點外的5個樣本點驗證近似模型的精確度；若近似模型的精確度不滿足工程技術要求，重新進行試驗樣本點設計，構建近似模型；否則在isight平臺中的Optimization模塊下，選用合適的優化算法，尋求近似模型的最優解，輸出最優解及最優目標函數值。