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概念车身局部参数化建模与CFD仿真一体化研究与应用

2020-11-28阅读(312)

概念车身局部参数化建模与CFD仿真一体化研究与应用

论文摘要

提高轿车车身开发技术的水平对于提高我国汽车产业的整体核心竞争力有很重要的战略意义。本文应用知识工程的理论到车身设计领域,在深入研究汽车造型和空气动力学的CFD分析的基础上,开展了概念车身局部参数化建模与CFD仿真一体化的方法研究,开发出了一系列基于知识工程的面向CFD分析的概念车身局部参数化设计系统。本文在综合评述国内外知识工程、参数化设计及CFD仿真模拟领域研究成果的基础上,进行了概念车身局部参数化建模与CFD仿真一体化的理论研究;结合KBE知识工程和CFD分析前的模型清理和建模的特点,首次提出了面向CFD分析的车身局部参数化的概念,分析了参数化车身结构设计特点,系统阐述了知识驱动的车身零部件的设计方法,这些方法是实现车身结构设计的参数化、自动化和知识化的重要基础。以轿车底部模型为研究对象,在UG/NX软件平台上开发出实用性较强的知识驱动的“CAS_CFD地板快速设计模块”,通过CFD的模拟和与实际数据的对比,证明该模块在实际使用中具有较强的实用性和准确性。以车轮模型为研究对象,在UG/NX平台上开发了知识驱动的“CAS_CFD轮胎快速成型模块”,将通常的CFD分析所用车轮建模标准化,参数化,使得用户只需要输入轮胎的基本参数(如215/55 R17)即可制作出满足CFD分析的轮胎模型,该系统针对CFD工程师在以往简化车轮模型、几何清理,车轮与地面接触部分特殊处理等问题,使轮胎建模流程简化,缩短建模周期。以三厢轿车尾翼(后扰流板)为研究对象,参照尾翼对轿车高速时的影响以及CFD分析的规律,将尾翼与车身装配布置的知识经验与UG/NX软件平台相结合,开发出了“CAS_CFD轿车尾翼快速设计模块”,针对造型需要加装尾翼的车身设计方案和CFD工程师快速建模分析的需要,将尾翼的设计和与车身的装配关系参数化、自动化,使其设计、修改与CFD分析周期大大缩短,提高了车身设计的效率和分析的准确性。以车身附件后视镜为研究对象,参照人机工程学相关后视镜视界法规及后视镜对外流场的影响因素,将后视镜布置的经验与UG/NX软件平台相结合,开发出了“CAS_CFD后视镜与车身夹角快速计算模块”。该系统结合空气动力学分析,用于计算满足驾驶员视野的左、右后视镜与车身夹角的快速计算,达到降低气动阻力及提高燃油经济性的目的,提高了车身开发效率,产品设计精度和准确性。

论文目录

  • 提要
  • 第一章 绪论
  • 1.1 选题的背景及意义
  • 1.2 论文的研究内容及结构安排
  • 1.3 论文的研究方法及技术路线
  • 1.3.1 论文主要研究方法
  • 1.3.2 论文研究技术路线
  • 第二章 轿车概念设计阶段的 KBE 研究现状
  • 2.1 轿车概念设计阶段的研究内容
  • 2.2 国内外KBE 的定义及研究现状
  • 2.3 本章小结
  • 第三章 轿车概念设计阶段的 CFD 模拟理论基础研究
  • 3.1 轿车外流场的特点
  • 3.2 汽车空气动力学研究的内容和意义
  • 3.3 汽车空气动力学研究的方法
  • 3.3.1 汽车空气动力学的实验研究
  • 3.3.2 汽车空气动力学的数值模拟研究
  • 3.3.3 试验方法与数值模拟的关系
  • 3.4 计算流体力学在汽车上的应用
  • 3.4.1 计算流体力学
  • 3.4.2 计算流体力学的能力和限制
  • 3.4.3 计算流体力学在汽车上的应用
  • 3.5 计算流体力学中湍流模型理论研究
  • 3.6 计算流体力学中数值方法的构造
  • 3.7 计算流体力学中数值仿真的主要方法
  • 3.7.1 N-S 方程组的近似
  • 3.7.2 分区法
  • 3.8 本章小结
  • 第四章 轿车概念设计阶段气动造型理论基础研究
  • 4.1 影响轿车CFD 分析的造型因素
  • 4.1.1 气动阻力和气动阻力系数
  • 4.1.2 轿车气动造型优化准则
  • 4.1.3 减小气动阻力的主要措施
  • 4.1.4 减小气动升力的主要措施
  • 4.2 CFD 模拟对轿车数字模型的要求
  • 4.3 实现车身局部参数化的模型划分
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 概念车身局部参数化建模开发的关键技术
  • 5.1 知识熔接技术（UG/Knowledge Fusion）
  • 5.2 UG/WAVE 技术
  • 5.3 二次开发函数UG/Open API
  • 5.3.1 UG/OPEN API 基本规则
  • 5.3.2 Unigraphics 对象类型及操作
  • 5.4 UDF 用户自定义特征
  • 5.5 Wizard UI
  • 5.6 全新的界面技术 UG/ UI Component
  • 5.6.1 用户界面接口
  • 5.6.2 UIStyler 对话框使用
  • 5.7 本章小结
  • 第六章 面向 CFD 分析的轿车底部模型参数化设计
  • 6.1 概念车身底部简化模型的设计
  • 6.1.1 设计目标
  • 6.1.2 简化真实底板设计的需求分析
  • 6.1.3 轿车底部模型的设计
  • 6.2 轿车底部模型参数化设计系统的开发
  • 6.2.1 商业软件开发流程
  • 6.2.2 UGS 的KF 语言与KDA 系统
  • 6.2.3 脚本菜单与动态链接库
  • 6.2.4 用户界面的设计及实现
  • 6.2.5 数据控制
  • 6.2.6 出错处理
  • 6.2.7 编辑功能
  • 6.2.8 数据输出
  • 6.3 例证分析: 底部参数化轿车的数值模拟及对比分析
  • 6.3.1 参数化底部模型和轿车外表面的匹配
  • 6.3.2 计算域大小的确定
  • 6.3.3 计算网格的生成
  • 6.3.4 流体流动的物理模型
  • 6.3.5 边界条件的设置
  • 6.3.6 数值计算
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 面向 CFD 分析的轿车车轮模型参数化设计
  • 7.1 参数化车轮模型原型的建立
  • 7.2 参数化车轮设计系统的开发与实现
  • 7.3 参数化设计车轮的CFD 分析及对比
  • 7.3.1 几何模型及计算区域
  • 7.3.2 数值模拟
  • 7.4 轿车车轮模型参数化设计的意义
  • 7.5 本章小结
  • 第八章 面向 CFD 分析的轿车尾翼模型参数化设计
  • 8.1 参数化轿车尾翼模型原型的建立
  • 8.2 参数化轿车尾翼设计系统操作界面介绍
  • 8.3 参数化轿车尾翼的CFD 分析及对比
  • 8.3.1 计算区域确定及网格生成
  • 8.3.2 边界条件设置
  • 8.4 参数化尾翼与车身间隙和攻角数值计算结果分析
  • 8.4.1 轿车尾翼间隙的气动特性分析
  • 8.4.2 轿车尾翼攻角的气动特性分析
  • 8.4.3 CFD 数值模拟计算结论总结
  • 8.5 本章小结
  • 第九章 面向 CFD 分析的外后视镜视野参数化设计
  • 9.1 汽车视野设计理论基础
  • 9.1.1 眼点和头部转动点的确定
  • 9.1.2 后视镜的设计
  • 9.2 外后视镜视野参数化模块设计流程
  • 9.2.1 外后视镜与车身夹角的设计的核心算法
  • 9.2.2 外后视镜视野参数化模块界面设计
  • 9.2.3 知识熔接语言与UG/Open API 的结合
  • 9.3 外后视镜视野参数化模块系统的测试
  • 9.4 CFD 数值模拟对比及分析
  • 9.5 本章小结
  • 第十章 研究结论及展望
  • 10.1 全文总结
  • 10.2 工作展望
  • 参考文献
  • 攻读博士期间发表的学术论文及其他成果
  • 一、发表的学术论文
  • 二、参与的科研项目
  • 三、获得的奖励
  • 致谢
  • 摘要
  • ABSTRACT

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