[發明專利]一種降低車輪風阻的輪輻開口輪廓形狀的方法

在審

• 申請號: 202210722114.1
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115062415A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 周海超;焦東琦;王國林;張鈴欣;秦潤芝
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 杜丹

1.一種降低車輪風阻的輪輻開口輪廓形狀的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、建立初始車輪模型，根據所選車輪輪輻數量與車輪輪輻開口輪廓形狀的初始值繪制車輪的三維模型；所述輪輻開口輪廓形狀參數包括小圓弧半徑R₁、大圓弧半徑R₂、小圓弧切線L₁和L₂以及大圓弧對應的圓周角α；

步驟二、構建初始車輪風阻計算模型，根據上述車輪的三維模型構建車輪的風阻計算模型，并進行仿真分析，獲得初始車輪的氣動阻力系數值；

步驟三、設計試驗方案，以車輪輪輻開口面積不變為前提，選擇車輪開口輪廓形狀為變量，設定變量的取值范圍，以車輪所受的氣動阻力系數作為目標響應值；通過統計學抽樣試驗設計方法對車輪輪輻開口輪廓形狀進行方案設計，對不同輪輻開口輪廓形狀下的模型進行車輪風阻仿真分析，獲取各輪輻開口輪廓形狀下的氣動阻力系數值；

步驟四、根據步驟三中的試驗數據構建車輪輪輻開口輪廓形狀與其氣動阻力系數值間的函數關系，并對其精度進行驗證；

步驟五、采用優化算法獲得氣動阻力系數值最小時的車輪輪輻開口輪廓形狀。

2.根據權利要求1所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：所述步驟一中構建初始車輪的三維模型，選取的初始車輪開孔比在20％～80％之間。

3.根據權利要求1所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：所述步驟二中車輪風阻計算模型構建方法為流體動力學的計算方法，構建車輪與路面虛擬風洞三維模型，將三維模型導入網格劃分軟件，生成車輪周圍的流體域網格和邊界層網格，利用計算流體動力學分析軟件設置速度入口、壓力出口和車輪壁面運動方式，實現車輪氣動風阻的仿真分析。

4.根據權利要求1所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：所述步驟三中車輪輪輻開口輪廓形狀的取值范圍是小圓弧半徑R₁為5.41mm～10.46mm，大圓弧半徑R₂為41.58mm～58.68mm，大圓弧對應的圓周角α為15°～30°，小圓弧切線L₁和L₂長度相等，均為27.12mm～46.83mm。

5.根據權利要求1所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：所述統計學抽樣試驗設計方法為拉丁超立方試驗設計方法；通過統計學設計和數據分析，篩選出車輪輪輻開口輪廓形狀對氣動阻力系數值有顯著影響的關鍵參數。

6.根據權利要求1所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：所述步驟四中的函數關系為根據車輪輪輻開口輪廓形狀和氣動阻力系數值構建回歸函數，所使用的回歸函數為RBF(Radial Basis Functions)的網絡近似模型。

7.根據權利要求6所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：所述步驟四中的精度驗證方法為對模型線性回歸后，采用決定系數R2檢驗RBF近似模型的精度，決定系數越接近1說明模型精度越高，并將預測值與實際值對比，驗證其有效性。

8.根據權利要求7所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：

所述決定系數R ²的表達式為：

式中，n為檢驗模型精度的數據點數量；為第i個響應的近似模型預測值；y _i為第i個響應的仿真值；為平均值。

9.根據權利要求1所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：所述步驟五中的優化算法為自適應模擬退火優化方法，通過對車輪輪輻開口輪廓形狀進行非線性優化設計，獲得氣動阻力系數值最小時的車輪輪輻開口輪廓形狀。

10.根據權利要求9所述的降低車輪風阻的車輪輪輻開口輪廓形狀的設計方法，其特征在于：該算法原理在于將物理中固體物質的降溫過程與一般組合優化問題之間的相似性作為出發點，用固體退火模擬解決組合優化問題：

Step1：初始化,任選初始解，設定初始溫度T₀，終止溫度T_f，令迭代指標k＝0，計算能量初值E₀能量函數定義為:

式中:x_i是原始圖像灰度值；x'_i是預測輸出灰度值；N是輸出圖像成像點的數目；

Step2：隨機產生新解x'，計算能量增量ΔE；

ΔE＝E(x')－E(x)

Step3：按Metropolis準則接受新解:

式中:T為當前溫度，其值與初始溫度T₀以及降溫速率α有關；

Step4：:按溫度衰減函數降低溫度，判斷是否達到迭代終止條件，若是，停止迭代；否則，轉Step3溫度衰減函數為:

T_k+1＝αT_k

式中:T_k為降溫前的溫度；T_k+1為降溫后的溫度，α為小于1的正數。