轿车气动外形优化设计研究

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1、分类号：U463.6单位代码：10183研究生学号：研201042E010密级：公开吉林大学硕士学位论文（工程硕士）轿车气动外形优化设计研究AerodynamicshapeOptimizationDesignofaSedanmodal作者姓名：杨明类别：工程硕士领域（方向）：汽车空气动力学指导教师：张英朝副教授校外指导教师：鲍嘉慧高级工程师培养单位：汽车工程学院2015年12月———————————————————————————————轿车气动外形优化设计研究———————————————————————————————AerodynamicshapeOptimization

2、DesignofaSedanmodal作者姓名：杨明领域（方向）：汽车空气动力学指导教师：张英朝副教授类别：工程硕士答辩日期：2012年12月3日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版、电子版本的任何单位和个人本，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人鄭重声明：所呈交的硕±学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其

3、他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：２０１５年｜么月＞日摘要轿车气动外形优化设计研究当今社会，汽车的保有量持续增加。早在2009年中国汽车产销就双双超过1300万辆，在2013年汽车保有量达到1.37亿，到2014增加已到1.54亿，成为了世界上最大的汽车生产国和最大的新车消费市场。随着高速公路的发展，汽车车速的提高，产生了大量的能源消耗和随之而来的环境污染问题，除了发展新能源汽车的应对策略之外，降低传统汽车的空气阻力是汽

4、车节能减排的重要措施之一。因为汽车在行驶的过程中，很大一部分燃油的消耗都是用来克服气动阻力，所以本文通过优化汽车造型来降低气动阻力，从而减少燃油消耗，对整个汽车行业的节能减排有重要意义。在车身技术设计阶段，首先是由计算机辅助造型设计（CAS）工程师建立一个封闭的几何模型用于流体分析，然后由空气动力学工程师通过计算流体力学分析（CFD），评估其汽车的气动特性，提出多个改进建议，设计人员结合车身总布置等要求，根据经验对模型重新修改，交给空气动力学工程师再次进行分析，如此循环往复，多次计算，直到满足实际要求，或者由于剩余时间不足，只能选取一个相对合理的模型。在上述分析过程中，CAS工

5、程师需要多次对三维模型进行修改，空气动力学工程师每次都要处理模型、划分网格、设置边界条件、结果提取分析，循环多次往复的工作，整个设计过程消耗了大量的人力和物力。随着计算机硬件水平的提高，CFD商业软件的不断完善，网格变形、试验设计、近似模型、大规模集群并行计算技术也日益成熟，将网格变形软件、CFD分析软件和优化计算软件结合在一起，自动优化求解已成为一种必然的趋势。基于此，本文搭建了一个关于整车气动外形的自动优化设计流程平台，结合了计算机建模（CAD）、计算机流体仿真计算（CFD）网格变形技术（HYPERMORPH）、实验设计（DOE）、近似模型建立（APPROXIMATION）

6、、优化（OPTIMAZATION）等多种数字化仿真手段，目的是找出多个车身参数的最优化组合，并研究单独每个参数对于汽车空气动力学性能的影响，对车身设计提出指导。本文以Mira阶背式模型做为研究对象，首先使用STAR-CCM+对模型进行外流场ICFD分析，主要目的有:（1）、了解Mira模型周围外流场的变化，判断出对气动阻力影响较大的几个参数，做因子的初步筛选;（2）、录制一个关于网格划分、边界条件设置、结果提取的宏命令，用于接下来自动的CFD优化计算;（3）、找到一个合理的网格划分方法及参数设置模式，适用于网格变形之后的计算分析。文中通过对于车身外流场的分析，找出了主要影响空气

7、阻力系数的的四个设计变量，分别为发动机罩倾角、车身前脸面积、后行李箱的倾角和车身尾部面积。通过这四个因子，建立了一个DOE矩阵，该矩阵有二十个水平，DOE矩阵中的各个车身参数在一定范围内变化，并相互组合，把计算之后的结果包括气动升力和气动阻力反馈到DOE矩阵中，以其为基础建立一个新的近似模型，根据响应的近似模型计算出满足目标函数和约束函数的最优解，并根据得到的最优解组合重新计算模型，验证近似模型的准确性。对于四个因子优化之后，整车的气动阻力下降了12.8%，在不影响车身整体造型的情况下，结果