基于NURBS理论的列车曲面优化方法.pdf

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1、第34卷第1期铁道机车车辆Vo1．34NO．】2014年2月RAILWAYLOCOMOTIVE＆CARFeb．2014文章编号：1008—7842(2014)01～0023—05基于NURBS理论的列车曲面优化方法陈周锋，武振锋(兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州730070)摘要在cATIA软件环境中应用NURBS理论完成对CRH。型动车组三维曲面的建模，使用ICEMCFD软件生成网格，再使用FIUENT软件对其外部流场进行数值计算，分析CRH型动车组气动特性后，发现其驾驶室由于曲率过大等因素引起的阻力大、尾流紊乱程度大等问题，因此采用传统的建模方

2、法重新没计列车流线型外形并进行相应的气动特性计算与分析。对照后得出两者的空气阻力头尾车受到的空气阻力所占比例最大，整列列车空气总阻力主要表现为空气压差阻力，重新设计后的列车空气阻力相比CRH减小了12．16。最后比较分析了两种建模方法各自的优缺点，并且提出了根据模型曲面复杂程度选择建模方法的一般性原则。关键词高速列车；非均匀有理B样条；气动力学；优化设计；光顺评价中图分类号：U266．2文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1008—7842．2014．01．04CFD已经被越来越多地应用到各个工程领域中，中输入控制点，然后利用控制点生

3、成NURBS曲线作为通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信主型线。为了确定模型尺寸边界，主型线必须要包括横息，是工程设计人员用于分析问题和解决问题的强有向、垂向和纵向的最大轮廓线，主型线如图l(a)所示，力工具。高速列车的特点是细长、在地面轨道上运行，控制线型如图1(b)所示。其气动力学问题非常复杂，随着列车的高速化，气动力学问题越发突出，为高速列车的设计增加了许多需要解决的难题。与此同时CAD技术也在不断发展，诞生的三维设计技术因具有设计直观、可视化好、设计效率高等特点，并且可在三维数模的基础上进行计算机辅助制造，极大地提高了设计和生产效率

4、∽。一以往的研究一般只介绍曲面设计和气动特性分析中的一者，较少使两者联合双向应用，因此将重点介绍(a)驾驶室主型线图(b)驾驶室控制线型图CATIA软件和FIUENT软件在高速列车三维曲面设图1CRH驾驶室线型图计中的联合双向应用。1CRH。型动车组曲面设计创建完成的主型线需要添加中间控制线来增加精NURBS(Non—UniformRationalB—Spline，简称非度，这步需要在“FreeStyle”模块中完成，曲率变化越大均匀有理B样条)理论将被运用到CRH曲面的建模的曲面中间控制线就越需要密集。为了保证最后曲面中，NURBS具体理论在文献[

5、3]已经给出，采用1：1的质量，应使曲线足够光顺。所以运用“FreeStyle”模的比例建模，具体尺寸如文献[4]，即头车长为26．95块中的曲率梳工具，对中间控制线进行逐一检测。如果IT1，中间车长度为26．6m，车体宽度为3．328m，车体高曲率梳出现较为密集的的锯齿形状，则需对控制点的位度为4．041TI，采用8辆编组，考虑到CRH型动车组驾置进行不断地调整，直到有足够的精度为止，完成中间驶室曲面较为复杂，是建模难点，所以先只建立驾驶室控制线的优化，对比结果如图2所示。纵向一半曲面，再镜像就可，最后拉伸出中间车即可完从图2看出，优化了的中间控制

6、线，光顺程度得到成整列车的建模。了显著的提高，加密和优化后的网状结构如图l(b)所首先在CATIA的“GenerativeShapeDesign”模块示。*教育部科学技术研究重点项目(212184)；甘肃省高等学校科研项目(2013B一022)；兰州交通大学大学生实验创新项目(2013043)；兰州交通大学青年科学基金项目(201l018)；兰州交通大学大学生科技创新基金资助项目(DXS-KJCX一2013-018)。陈周锋(1990-)男，硕士生(修回日期：2013～09—15)第1期基于NURBS理论的列车曲面优化方法27Optimization

7、MethodofTrainSurfaceBasedonNURBSTheoryCHENZhoufeng，WUZhenfeng(SchoolofMechanical&ElectricalEngineering，LanzhouJiaotongUniversity，Lanzhou730070Gansu，China)Abstract：NURBStheoryisappliedtocompletethe3DcurvedsurfacemodelingofCRH1AEMUsinCATIAsoftwareenvironmentandgridisgeneratedinIC

8、EMCFDsoftware，thennumericalcalculationisgiveninFLUENTs