[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

本發明提出了非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，包括如下步驟：建立非光滑車表汽車三維模型，對車身非光滑單元體進行參數化處理，并進行網格劃分、CFD仿真計算，根據仿真計算的結果，確定設計變量和優化目標；根據實際工況確定試驗設計所需的樣本點，并利用各樣本點構建不同非光滑單元車表汽車的參數化三維模型，并進行網格劃分與CFD數值模擬計算，得出優化目標響應值；根據樣本點與響應值之間的關系，構建近似模型；并檢驗近似模型的精確度，若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，從而確定最佳非光滑車身造型。

技術領域

非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，屬于汽車空氣動力學技術領域。

背景技術

氣動特性直接影響汽車的燃油經濟性。汽車高速直線行駛時，空氣阻力約占行駛阻力的50%。針對上述問題，目前，相關研究者將仿生學理論應用于汽車的外形設計中，并將非光滑單元體結構布置在汽車的各個部位，研究非光滑單元體體結構對汽車氣動特性的影響，尋求降低汽車氣動阻力系數，提高汽車的燃油經濟性和動力學方案。但是，工程師研究非光滑體車表對汽車氣動特性的影響，主要是根據自身的經驗和CFD仿真計算值逐一確定不同類型非光滑單元結構體影響汽車氣動特性的因素。該技術手段具有很大的局限性和盲目性，需要太多的人工干預，效率低等缺點。

發明內容

針對目前存在的技術難題，本專利提出一非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，在設計變量的取值范圍內，快速尋到最優解，以確定非光滑體單元布置在汽車表面的形態，加快非光滑表面汽車的車身造型設計。

本發明提供非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

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。

本發明的有益效果是：通過isight集成不同功能的軟件，編寫集成軟件所需的批處理文件和腳本語言，可高效地研究不同非光滑車表汽車氣動特性地影響，確定最佳非光滑體單元結構的布置形態，加快非光滑表面汽車的車身造型設計，可有效減少技術人員的工作量，在短時間內能得到最優解和最優目標函數值。

附圖說明

圖1是非光滑車表汽車的氣動特性優化設計方法流程圖。

圖2是汽車凹坑型非光滑車表初始三維圖。