基于近似模型的整车气动外形优化

以类车体DrivAer的气动阻力因数为优化目标,选取影响其气动性能的5个形状参数作为设计变量,通过引入网格变形、试验设计(Design of Experiment,DOE)及近似模型等技术搭建自动仿真优化平台,探索气动性能最佳的参数匹配方案.优化后的DrivAer气动阻力因数降低4.5%,表明近似模型方法能够较好地取代实际仿真过程进行寻优.分析DOE的结果,发现影响气动阻力因数和气动升力因数的主要参数分别为行李箱高度与离去角,而多参数变化时的交互效应也会影响整车的气动性能.     

某轿车侧风作用下的气动特性分析与改进研究

为研究某轿车的侧风稳定性,利用稳态方法,分析不同强度侧风下整车的侧向气动特性,并在某一特定的侧风条件下,通过优化车身两侧表面结构参数,以提高整车侧向气动性能.通过运用网格自适应方法和集成仿真软件star ccm+进行试验设计,并构建近似模型探索以整车侧向气动性能为目标的车身两侧各结构参数的最佳组合.结果表明,轿车在不同强度侧风的影响下,车身周围流场会发生显著改变.通过优化车身两侧表面结构参数,明显地提高了轿车的侧向气动性能.     

后视镜表面压力特性的数值分析

为降低由后视镜引起的汽车气动噪声,选取普通后视镜外形作为基础模型,选取后视镜的前脸厚度、后脸深度以及迎风角度作为3个可能影响后视镜表面压力的参数,以大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法为手段,用FLUENT对非结构网格进行数值求解,分析汽车后视镜表面压力特性. 计算选取的雷诺数为520 000(以后视镜直径为特征长度),对应的马赫数为0.11. 实验测试表明,后视镜表面测点平均压力因数的数值计算结果与实验结果一致;后视镜前脸厚度、后脸深度以及迎风角度均对后视镜表面压力有显著影响;LES方法可以应用于后视镜表面压力特性的分析.     

刹车盘结构对车轮及整车流场的影响

为研究车轮刹车盘结构对旋转车轮和整车流场气动特性的影响,针对是否存在刹车盘两种情况分别建立等比例模型,采用可实现的k-ε两方程模型计算,对比分析气动升、阻力因数,表面压力因数及整体与局部流场,发现刹车盘结构在简化车体上对车轮局部和整车流场都具有突出影响,指出在整车气动特性模拟中刹车盘存在的必要性.进一步进行计算模型选择的研究,发现旋转壁面模型与多坐标参考系(Multiple Reference Frame,MRF)模型对旋转车轮的流场特性模拟结果有差异,在近车轮区域表现尤为明显.     

基于Sculptor和Isight的SUV前阻风板结构优化

以某SUV车型为研究对象,通过Isight集成Sculptor和FLUENT建立优化平台,在Sculptor中建立控制体,与SUV几何模型建立映射关系;将阻风板的高度和安装角度参数化,并应用Isight的DOE拉丁超立方设计方法创建实验样本点.在此基础上,用Isight驱动FLUENT进行仿真计算并建立Kriging近似模型,得到目标函数风阻系数与变量高度和角度之间的关系.采用多岛遗传算法对近似模型寻找最优解.优化结果表明,通过对阻风板的优化,其阻力因数下降6.1%.     

基于多岛遗传算法的汽车车身气动优化

为研究不同长细比汽车车身的最优气动性能,基于英国汽车工业研究协会(Motor Industry Research Association, MIRA)阶背模型,利用多岛遗传算法开展不同长细比的汽车车身气动优化.优化结果表明优化模型的气动阻力因数随着长细比的增大而降低.通过改变车身的长细比得到的5种优化模型具有发动机罩倾角、后风窗倾角和尾部上翘角较大,前风窗倾角较小的特点.对8个优化参数进行分析可知：尾部上翘距离和前悬距离对气动特性的影响最大.     

低雷诺数湍流模型的网格特征

低雷诺数模型目前主要应用于二维简单流动的数值仿真中,为研究该湍流模型在三维复杂流动计算中的网格特征,选取不同系列的车身面网格尺寸、车身壁面第一层边界层与壁面法向高度以及边界层层数等3组网格参数,利用ANSYS对阶背式MIRA模型外流场进行数值仿真.数值仿真结果与风洞试验的结果对比表明：数值计算得到的车身表面平均y+值随面网格尺寸增加而呈现减小趋势;网格方案对气动力因数和车身表面压力因数分布影响显著,气动阻力因数仿真值与试验值误差的变化区间为0.83%~7.93%,气动升力因数误差变化区间为10%~104%;气动阻力因数和气动升力因数均随着边界层层数的增加而增大,边界层层数为5时可以得到兼顾气动力因数精度和车身表面压力因数精度的较优仿真结果.     

静止和旋转孤立车轮局部流场的评价

为研究车轮周围流场特征,分别对某孤立车轮静止和旋转工况下周围流场进行数值研究,并给予试验验证.计算采用定常雷诺时均纳维斯托克斯方程.在1∶15的模型风洞中进行试验.数值模拟结果与试验数据吻合.针对数值模拟结果,详细分析静止和旋转孤立车轮周围流场的流动情况、表面压力因数、气动阻力因数和气动升力因数等,得到孤立车轮旋转对车轮附近局部流场的影响以及形成机理.车轮的转动使总体压差减小,降低气动阻力和升力,改善气动性能。     

集中质量-弹簧碰撞模型在汽车被动安全预研阶段的应用

为在车身开发的概念设计阶段明确车辆前碰的安全性目标加速度波形,提出以乘员伤害值确定整车正面碰撞波形的方法,建立包括驾乘人员的车辆集中质量-弹簧(Lumped Mass-Spring,LMS)模型.为确保LMS模型的有效性,将整车有限元模型仿真结果与运动学特性计算结果对比.通过对比前碰加速度波形、刚性墙力以及前舱总的压溃位移,对LMS模型的有效性进行验证.以乘员胸部的乘约效率为优化目标,基于已验证的LMS模型进行关键参数的试验设计分析,从而为车辆前结构的碰撞安全性能设计提供参考.     

基于MSC Nastran的后视镜模态频率优化

为解决试验车搓板路试验中外后视镜垂向抖动问题,建立外后视镜有限模型,对该有限元模型与实物动力学一致性进行验证,证实有限元模型可用,将后视镜有限元模型装配在车门进行模态分析,找到垂向抖动原因,采用应变能法识别出设计弱点,对弱点进行优化,最终解决后视镜抖动问题.     

基于近似模型的车身气动外形优化

以英国汽车工业研究协会(Motor Industry Research Association,MIRA)阶背模型为基本模型,用参数化建模方法建立其纵向对称面的二维模型.运用优化拉丁超立方方法对每组参数化方案生成600组样本点;将MATLAB与Gambit结合,自动快速生成其网格模型;用FLUENT计算每个样本点的气动阻力.建立径向基神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)近似模型,以阻力最小为优化目标,采用多岛遗传算法优化外形参数;对优化后的结果进行数值模拟,结果表明阻力减少31.9%.三维验证结果表明:二维优化结果不能完全代表三维结果,直接进行三维优化设计的效果更好.     

基于偏最小二乘法的翼型稳健设计替代模型

翼型的稳健设计就是要实现翼型对外界噪声因素不敏感,使翼型实现性能高且稳定的目标。翼型设计经过了几十年的研究发展,目前常用的翼型稳健设计主要是采用风洞和数值模拟两种方式,但它们也分别有成本高和计算量大的不足。通过对建模方法进行研究,提出了一种基于偏最小二乘法（PLS)的翼型稳健设计方法,采用该方法对基准翼型RAE2822选取11个设计变量（10个外形设计变量和马赫数）进行稳健设计后将其与基准翼型的阻力系数进行对比。结果表明使用偏最小二乘法替代模型所获得的稳健翼型,其阻力系数的均值和方差较基准翼型分别减小了44%和82%,其气动性能更好且性能更加稳定。使用偏最小二乘法替代模型进行翼型稳健设计具有成本低,计算速度快的特点,且能满足基本的结果精度要求,具有实际的应用价值。     

Multi-objective optimization of a hatchback rear end utilizing fractional factorial design algorithm

Air flow has significant effects on fuel consumption, performance, and comfort. Decreasing drag coefficient enhances fuel consumption and vehicle performance. Moreover, omitting or reducing the power of aerodynamic noise sources provides passengers comfort. In this paper, optimization of a hatchback rear end is conducted considering drag and aerodynamic noise objectives. To this end, five geometrical parameters of the hatchback rear end are chosen as design variables in two levels. Numerical simulation is applied to survey air flow features around the models in the wind tunnel. To reduce the number of runs, fraction factorial design algorithm is applied to generate layout of the simulations which decreased the number of case studies to half. Main and interaction effects of these factors on drag coefficient and acoustic power of the rear end source are derived using analysis of variance. Optimum level for each parameter is chosen considering simultaneous drag and noise goals. Finally, characteristics of air flow and acoustic power around optimum model are discussed.

     

Robust optimization of an automobile rearview mirror for vibration reduction

An automobile outside rearview mirror system has been analysed and designed to reduce vibration with a finite element model. Modal analysis is conducted for the calculation of natural frequencies. Harmonic analysis is utilized to estimate the displacements of the glass surface under dynamic loads. The model is verified with the vibration experiment for the parts and the assembled body. The structure of the mirror system is optimized for robustness defined by the Taguchi concept. At first, many potential design variables are defined. Final design variables are selected based on the amount of contribution to the objective function. That is, sensitive variables are chosen. The signal-to-noise (S/N) ratio in the Taguchi method is replaced by an objective function with mean and standard deviations of the quality characteristics. The defined objective function is appropriate for structural design in that the vibration displacements are minimized while the robustness is improved. Received: January 21, 2000     

基于Matlab的汽车后视镜视野测试的仿真算法

汽车后视镜视野的测试方法已有很多种，但是常规的这些方法比较繁琐，而且误差较大。介绍了后视镜视野测试的一种新方法。首先用最小二乘法建立汽车后视镜的数学模型，然后利用仿真计算，模拟后视镜视野范围。仿真结果表明，采用仿真算法进行视野测试与传统的方法相比，在应用上更加高效和实用。     

高超声速飞行器参数化几何建模研究

针对高超声速飞行器设计由于采用吸气式冲压发动机带来的机体/推进系统一体化而带来的优化设计问题,同时也为了进行总体优化布局,必须建立参数化几何模型.通过采用部件分解法,拟合曲线,坐标变换和旋转,拉伸截面,从而建立了高超声速飞行器类乘波体的完整的参数化几何模型.同时采用工程算法和CFD软件对其进行气动特性计算,工程算法的思路是先采用面元法对其进行无粘气动力计算,再通过经验公式来计算粘性阻力系数.两者结果显示类乘波体气动特性良好.     

Robust aerodynamic shape design based on an adaptive stochastic optimization framework

Optimization techniques combined with uncertainty quantification are computationally expensive for robust aerodynamic optimization due to expensive CFD costs. Surrogate model technology can be used to improve the efficiency of robust optimization. In this paper, non-intrusive polynomial chaos method and Kriging model are used to construct a surrogate model that associate stochastic aerodynamic statistics with airfoil shapes. Then, global search algorithm is used to optimize the model to obtain optimal airfoil fast. However, optimization results always depend on the approximation accuracy of the surrogate model. Actually, it is difficult to achieve a high accuracy of the model in the whole design space. Therefore, we introduce the idea of adaptive strategy to robust aerodynamic optimization and propose an adaptive stochastic optimization framework. The surrogate model is updated adaptively by increasing training airfoils according to historical optimization results to guarantee the accuracy near the optimal design point, which can greatly reduce the number of training airfoils. The proposed method is applied to a robust aerodynamic shape optimization for drag minimization considering uncertainty of Mach number in transonic region. It can be concluded that the proposed method can obtain better optimal results more efficiently than the traditional robust optimization method and global surrogate model method.     

基于Adams/Car的汽车前悬架仿真分析及优化设计

针对某车型的麦弗逊前悬架系统,用车辆多体动力学仿真软件Adams/Car建立该悬架的虚拟样机模型,对其进行双轮同向跳动激振仿真分析,并综合评价该悬架的车轮定位参数、主销后倾拖距和转向角随轮跳的响应特性.在仿真分析的基础上,针对不合理的结构设计参数,利用Adams/Insight模块进行基于设计变量灵敏度分析的优化设计.优化后的悬架参数能很好地满足设计要求,从而达到提高该悬架系统整体性能的目的.