面向空气动力特性和结构分析的客车车身造型

论文摘要

本文首先论述了国内外车身造型方面以及汽车空气动力特性的研究现状,分析了车身造型方面以及汽车空气动力特性研究的发展趋势,探讨了国内研究的不足和差距,提出了面向空气动力特性和结构分析的客车车身造型的构想,已达到艺术性造型与工程设计的有效结合。 接下来结合课题研究需要,针对不同的设计角度分别阐述了面向艺术、面向结构强度、面向空气动力特性和面向噪声控制的车身造型设计,并结合理论与实际分析了它们各自的特点。 根据面向工程分析的客车车身造型的需要,论述了车身CAE几何模型与车身造型之间的转化方法,并根据不同类型的客车车身CAE几何模型,详细阐述了模型数据转化的具体实现方法。 针对满足车身骨架强度和刚度要求的某客车车身骨架有限元几何模型,采用所阐述的模型转化方法,并结合现代计算机辅助设计的方法和手段,实现了基于模型数据转化的客车车身造型。 在此基础上,采用有限元法并依据已实现的客车车身造型,进行了客车空气动力特性的研究。建立了基于计算流体力学的车身空气动力特性有限元计算模型,求得了该车车外流场的速度、压力、湍流动能和湍流动能耗散率的分布情况,为车身造型的设计提供了参考和依据。 根据车内空间的实际设计情况,分别建立了车内三维纯声场、考虑座椅影响和考虑耦合作用的车内声场有限元计算模型。求得了车内声场的前50阶固有频率和模态振型,所得分析结果对研究客车车内噪声的控制具有一定的实际意义。同时针对所述三种计算模型讨论了计算模型对计算结果的影响,为同类研究提供了参考和借鉴。 本文的研究不仅将车身骨架结构分析和车身空气动力特性分析引入客车车身造型设计的初始阶段,实现了客车车身造型设计,解决了企业的实际问题。同时对客车车身造型提供了新的思路和可行的具体路线,为同类研究提供了良好的借鉴。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容
• 第2章 面向艺术和工程的车身造型设计
• 2.1 面向艺术的车身造型
• 2.2 面向结构强度的车身造型
• 2.3 面向空气动力特性的车身造型
• 2.4 面向噪声控制的车身造型
• 第3章 客车工程分析模型与车身造型的数据互换
• 3.1 客车结构强度有限元模型的特点
• 3.1.1 基于杆系结构的客车骨架有限元计算模型的特点
• 3.1.2 基于板壳结构的客车骨架有限元计算模型的特点
• 3.2 有限元几何模型向车身造型的转化
• 3.2.1 梁单元的有限元几何模型向车身造型的转化
• 3.2.2 板壳单元的有限元几何模型向车身造型的转化
• 3.3 车身造型向有限元几何模型的转化
• 3.2.1 车身造型向梁单元的有限元几何模型的转化
• 3.2.2 车身造型向板壳单元的有限元几何模型的转化
• 3.4 车身造型向空气动力学模型的转化
• 3.5 车身造型向车内声场模型的转化
• 第4章 基于模型数据转化的客车车身造型的实现
• 4.1 客车车身设计平台的确定
• 4.2 车身表面分块及模型的建立
• 4.2.1 车身表面曲面的分块
• 4.2.2 车身模型的建立
• 4.3 曲面质量的保证及检查
• 4.3.1 曲面光顺分析的方法
• 4.3.2 曲面质量的保证及检查
• 4.4 车内造型
• 第5章 客车空气动力特性的研究
• 5.1 汽车空气动力学分析的基本方程
• 5.2 有限元FLOTRAN CFD分析的基本方法
• 5.2.1 一般分析过程
• 5.2.2 流体单元 FLUID142简介
• 5.3 客车计算模型的基本假设及湍流模型的确定
• 5.3.1 客车车外流场数值模拟中流体特性的几条假设
• 5.3.2 湍流模型的确定
• 5.4 计算域和流体特性的确定
• 5.5 网格的划分及边界条件的确定
• 5.5.1 网格的划分
• 5.5.2 边界条件的确立
• 5.6 计算及结果分析
• 5.6.1 计算参数的设定
• 5.6.2 结果分析
• 5.6.2.1 客车外流场速度矢量图
• 5.6.2.2 客车外流场压力矢量图
• 5.6.2.3 客车外流场湍流动能分布图及湍流动能耗散率分布图
• 第6章 客车车内声场的模态特性研究
• 6.1 车内声场的有限元理论基础
• 6.1.1 车内声场模态分析的理论基础
• 6.1.2 声场 ACOUSTIC30单元简介
• 6.1.3 车内声场模态分析中流体特性的几条假设
• 6.2 ANSYS软件中声场模态分析的概述
• 6.2.1 Acoustics声场分析概述
• 6.2.2 模态分析概述
• 6.3 客车车内三维纯声场的模态分析
• 6.3.1 有限元模型的建立
• 6.3.2 边界条件的施加
• 6.3.3 分析参数的设定
• 6.3.4 计算结果及分析
• 6.4 考虑座椅影响的客车车内声场模态分析
• 6.4.1 有限元模型的建立
• 6.4.2 边界条件的施加
• 6.4.3 分析参数的设定
• 6.4.4 计算结果及分析
• 6.5 考虑耦合作用的客车车内声场模态分析
• 6.5.1 有限元模型的建立
• 6.5.2 边界条件的施加
• 6.5.3 分析参数的设定
• 6.5.4 计算结果及分析
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 研究论文情况
• 致谢