尾部减阻装置对厢式货车尾部流场的影响

为了降低某厢式货车的气动阻力,基于气动减阻机理设计了9种新型的尾部气动减阻装置。采用数值模拟的方法研究了尾部气动减阻装置对厢式货车尾部流场的影响,对比分析了安装9种尾部减阻装置的厢式货车的气动阻力系数、速度分布、压力分布及湍动能分布等流场特性,并对两种较好减阻装置的结构参数进行优化。研究结果表明:安装9种尾部减阻装置后整车气动阻力系数均有降低,降幅最大为7.96%,获得了较好的减阻效果。尾部减阻装置主要是通过减弱尾部涡流,增大尾部气压,从而来降低压差阻力。     

基于减阻节能的城际列车空气动力学优化

伴随城市轨道交通绿色低碳设计理念的发展，整车气动减阻优化设计成为提升城际列车节能环保的关键方法。采用基于Realizable k-ε的数值计算方法和流体动力学仿真技术，针对某城际列车进行气动阻力分析，并提出了两种气动减阻优化方案，开展气动阻力分布特性对比研究，验证优化方案的减阻节能效果。研究结果表明：列车（车型1）不同构成部分阻力占总阻力的比例关系：车体（80.49%）>转向架（13.97%）>受电弓（5.54%）；不同编组位置阻力系数占比关系：头车（26.06%）>尾车（16.66%）>2车（14.93%）>7车（9.89%）>其他中间车（约8%）；列车在140～200 km/h范围内，3种车型的阻力系数近似为常数；优化前后3种车型整车阻力系数分别为0.898、0.858和0.807，两种优化方案减阻率分别为4.45%和10.13%，能耗降低率分别4.63%和9.86%。     

车身造型参数对凹坑型非光滑表面气动减阻影响研究

采用数值模拟和风洞试验相结合的方法,研究车身造型参数对非光滑表面气动减阻的影响。将凹坑型非光滑结构布置在国际标准汽车简化模型——Ahmed模型的不同位置,通过分析不同位置非光滑的减阻效果,确定添加非光滑表面的位置。探讨改变Ahmed模型的后风窗角度、前端倒角和离地间隙情况下非光滑车身气动特性的变化规律,找出对于非光滑车身气动外形的最佳组合方案。结果显示,离地间隙的大小对非光滑减阻效果影响最大,改变离地间隙的模型比未改变离地间隙的非光滑表面Ahmed模型的气动阻力系数减小了4.3%。     

亚临界雷诺数下凹坑圆柱绕流数值模拟分析及减阻性能研究

为研究非光滑圆柱绕流减阻性能,采用SST k-ω湍流模型对亚临界雷诺数R_e=40 000下凹坑圆柱绕流进行数值模拟及减阻性能研究。对凹坑深度、内部形状、分布形式进行了结构参数敏感性分析,研究各参数对凹坑圆柱绕流减阻性能的影响规律。结果表明:凹坑圆柱具有较好的绕流减阻效果;阻力系数、升力系数均随凹坑深度增加呈先减小后增大的变化趋势,且在h=0.015D时,凹坑圆柱绕流具有最佳减阻效果;圆柱形凹坑圆柱平均阻力系数为0.923,球面形凹坑圆柱平均阻力系数为0.94;菱形分布凹坑织构的圆柱绕流阻力系数平均值为0.923,矩形情况为0.973。     

某重型牵引车风阻优化的节油技术研究与应用

汽车空气动力学特性对汽车的经济性具有很大影响。基于快递物流车在降阻及节能方面的研究与应用,通过CFD分析软件Star CCM+,对整车阻力系数进行仿真分析及优化。结果表明,减阻附件可调高顶导流罩、主车侧裙、挂车侧裙及挂车尾部扰流板能有效的降低整车风阻。经实车验证,加装减阻附件节油效果明显。     

风区运行机车气动阻力研究

采用计算流体力学方法对机车气动阻力系数的影响因素进行了数值模拟。结果表明:在无挡风墙与土堤式挡风墙下,机车气动阻力随侧滑角的增加,先增大后减小;无挡风墙下,侧滑角β=0.43时,阻力达到最大;土堤式下,侧滑角β=0.52时,阻力达到最大;相同挡风墙高度下,土堤式下的气动阻力系数最大;相同运行环境下,当侧滑角小于0.6 rad时,土堤式的减阻效应比其他挡风墙差;当侧滑角在0.51~0.81 rad之间时,随着路堑深度的增加,机车的气动阻力系数越来越小;低路堑下,路堑坡角变化对阻力系数的影响与侧滑角有关。     

400km/h高速动车组列车气动外形设计选型

为提升动车组列车设计方案气动外形的选型效率,保证列车良好的气动性能,提出基于数值模拟方法的高速动车组列车气动性能评估模型,并利用流体力学分析软件Fluent对时速400 km/h的7种型号的8编组动车组列车设计方案进行气动性能分析,包括各车体及整车的压差阻力、阻力、阻力系数、升力、升力系数等气动参数。结果表明:整车的压差阻力、整车阻力、整车阻力系数、尾车升力、尾车升力系数在揭示最佳气动外形方案时结果基本是一致的。提出的列车气动评估方法和气动参数有利于对列车设计方案中的最佳气动外形选型。     

某轻型卡车风阻优化及试验验证

以某国产轻型厢式卡车作为研究对象,针对车辆的风阻问题,利用CFD分析软件进行风阻优化,对原车的不同部位进行了细致的分析和优化设计。在原车的基础上,设计了一系列的减阻附件,包括优化的导流罩模型、增加前保险杠下导流板、车身侧裙和车厢尾翼等。采用样件叠加的方法对车辆的外流场进行仿真测试,并对得到的车辆压力云图和外流场进行理论分析。仿真结果表明,新的减阻附件设计方案可以显著地降低车辆的风阻系数,提高车辆的运行效率。对样件试装后的车辆进行了滑行测试和转鼓测试,测试结果表明,顶导流罩的优化以及前保下导流板、侧裙及尾翼等减阻附件能有效的降低整车风阻;通过实车验证证明设计的减阻附件优化方案在降低车辆风阻、提高车辆燃油经济性等方面具有显著的提升,与仿真结果基本一致,为轻型卡车的设计和优化提供了有价值的参考。     

基于尾部减阻装置的厢式货车减阻效果研究

为了减少厢式货车的气动阻力,设计了矩形、椭圆形及三角形等3种尾部导流板。研究了尾部导流板安装倾角和尺寸对货车气动阻力的影响,获得了不同减阻方案的风阻系数、速度场、压力场及湍动能分布等流场特性。采用正交试验方法研究了尾部导流板形状、安装角度和导流板长度等3个影响因素对货车风阻系数的影响。在总结减阻机理的基础上设计了两种新型尾部减阻结构,并对其进行数值模拟。结果表明,尾部导流板可以改善尾部的流场结构,使尾部气流延迟分离,具有较好的减阻效果。新型减阻结构的尾部隔板可以将尾部旋涡破碎,减弱尾部涡流强度,使尾部压力增大,相对货车原始模型,其减阻率达到了9.29%。     

仿生非光滑汽车表面的减阻分析

基于计算流体力学数值模拟方法,将非光滑表面应用于汽车。通过仿真实验研究非光滑车身表面气动减阻的可行性,并采用正交试验方法,通过计算汽车的空气阻力系数来分析非光滑单元体的形状、大小,以及分布位置和排列方式对减阻性能的影响,根据分析结果得到了合理且能够减阻的汽车仿生非光滑表面结构。     

基于非光滑表面与涡流干扰的车身气动减阻方法

探讨了将表面非光滑形态结构减阻思想与流场主动控制相结合的车身气动减阻方法。将凹坑型非光滑表面布置在MIRA直背式模型的尾部,并在非光滑形态模型的基础上,在凹坑阵中加装喷射速度可变的涡流发生器来控制模型的尾部气流,改善尾涡结构。通过对光滑、非光滑、非光滑加涡流喷射三种模型的三维流场数值模拟,得到不同尾部形态模型的气流速度、压力以及湍动能等参数,对比不同风速下不同模型气动阻力系数的差异以及不同喷射速度下的减阻效果,分析模型尾部流场参数的变化,阐述了非光滑形态车身气动减阻机理以及涡流喷射扰动效应。研究结果表明：通过对非光滑形态被动减阻与涡流喷射主动减阻的优化组合,能有效地减少不同风速下直背式MIRA模型的气动阻力。     

汽车防抱死系统与主动悬架联合控制研究

提出了一种汽车防抱死系统与主动悬架联合控制策略。将采用光滑滑模控制的防抱死系统同采用反向递推控制的主动悬架相结合,在车辆制动时,主动悬架调节作用在车轮上的垂直载荷,使车轮的垂直载荷在车轮滑移率达到最优时也相应增加,从而获得最大的制动力。在MATLAB/Simulink仿真环境下,建立了仿真模型并进行了车辆制动模拟试验。试验结果表明,采用联合控制的车辆,在保证车辆制动稳定性的同时能够获得最大的地面制动力,从而显著提高了车辆的制动效能。     

车尾凹坑非光滑表面气动减阻分析与优化设计

以凹坑型非光滑车身尾部气动特性为研究对象,探讨了一种将参数化建模、CFD计算和数值寻优方法相结合的非光滑表面气动减阻优化方法。通过分析凹坑型非光滑单元矩形阵列的气动减阻效果,以矩形排布和非光滑单元体尺寸作为优化对象,采用拉丁超立方抽样方法进行试验设计选取样本点。利用CFD仿真得到样本点的响应值,根据响应值建立了Kriging近似模型。在验证了近似模型可信度的基础上,以近似模型为基础进行全局优化。优化结果表明：车辆尾部凹坑单元体矩形排布最大减阻率可达7.9%,较大程度地改善了空气动力学性能。研究结果为汽车非光滑表面减阻和优化提供了理论依据和参考。     

基于ADAMS的越野车侧倾稳定性分析与改进

为提高越野车的侧倾稳定性,利用ADAMS软件建立了整车动力学模型,并进行稳态回转和鱼钩两种试验工况下整车侧倾稳定性仿真分析。仿真结果表明,该车在稳态回转工况行驶速度高于105 km/h或实施急转弯时侧翻倾向较大。通过各结构参数的仿真试验,揭示整车质心、后桥轮距、悬架刚度和阻尼对越野车侧倾稳定性的影响,发现后桥轮距对侧倾稳定性影响最大,其他参数也有较大影响,并提出改善越野车侧倾稳定性的方法。     

高速列车车轮型面多目标优化研究

对于动车组车轮磨耗引起的动力学性能降低问题,车轮型面优化是一个很好的解决方案。采用旋转压缩微调法（Rotary-scaling fine-tuning method,RSFT）进行型面生成;建立某型动车组车辆动力学模型,采用该模型计算相应的优化目标和约束条件;利用径向基神经网络-粒子群（Radial-based neural network-particle swarm optimization,RBF-PSO）算法优化出最优廓形。通过对比优化前后车轮型面的动力学性能和磨耗性能,可以发现：优化后车轮型面临界速度为424.6 km/h,增大10.2%;横向平稳性和垂向平稳性指标整体减小,同时提高了曲线通过时的安全性指标,脱轨系数、倾覆系数和轮轴横向力都进一步减小。优化后车轮型面接触点分布相对更加均匀,等效锥度减小。同时优化后车轮型面有效减小车轮磨耗深度,并减小了轮缘根部磨耗,车轮最大磨耗深度减小9.8%。     

基于协同优化和多目标遗传算法的车身结构多学科优化设计

在汽车车身结构NVH和侧面碰撞安全性研究中,实施多学科多目标优化的可行性设计。通过试验设计制定试验方案并进行数据采样,构建考虑整车侧撞安全性、白车身模态、静态弯曲刚度、扭转刚度和轻量化等性能的响应面近似模型,然后对车身结构分别进行确定性和可靠性轻量化单目标设计。最后,运用多目标遗传算法结合多学科协同优化对车身结构进行多目标优化设计,获取Pareto最优化解集。研究结果表明:可靠性优化设计较确定性优化设计而言,能考虑产品设计和生产过程中的不确定性因素,保证产品稳健性;车身结构的多目标优化设计全面考虑了车身结构轻量化、NVH和碰撞安全性能等多学科之间的耦合和解耦;设计者可按需选择其满意的优化结果,这将大幅缩减产品开发周期、降低产品开发成本。     

基于风挡玻璃凹陷量的人车事故车速计算模型

根据风挡玻璃在行人头部冲击后产生的凹陷量,提出一种基于矩形薄板冲击动力学理论的人车碰撞事故车速计算模型.建立行人头部与风挡玻璃碰撞的抽象物理模型,并根据人车碰撞的特定情形,将适当的材料参数分别赋予风挡玻璃和头部.在保证模型精度的前提下,将风挡玻璃视为矩形薄板,且约束形式简化为简支形式.根据Hertz弹性体接触理论和能量守恒定律,建立头部冲击力与矩形薄板挠度之间的关系.利用Namer定理将风挡玻璃的凹陷量进行改写并得到头部冲击速度与风挡玻璃挠度的模型.结合人体上风挡玻璃时汽车碰撞速度与头部冲击风挡玻璃速度之间的定量关系,建立风挡玻璃凹陷量与汽车碰撞速度之间的计算模型.经实际交通事故案例验证,该模型计算快速,结果可靠,为人车碰撞交通事故再现中的车速计算提供一种新的计算方法.     

抗侧滚扭杆对地铁车辆动力学性能影响分析

采用SIMPACK动力学分析软件建立了某80km/h B型地铁车辆的动力学模型,分析比较了该车辆的动力学性能随抗侧滚扭杆刚度的变化情况。计算结果表明:抗侧滚扭杆装置能显著降低车辆柔度系数、轮轴横向力、车体侧滚角和倾覆系数;对车辆非线性临界速度、脱轨系数则影响不大;对车辆运行平稳性、轮重减载率则存在不利影响。     

平直翅片热管散热器的正交数值模拟优化

文中以平直翅片热管散热器为研究对象,研究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度、翅片宽度和热管直径 5 个结构参数对翅片换热性能和阻力特性的影响,采用正交实验设计的方法设计了上述结构参数的 15 个组合方案,利用 CFD 数值模拟的方法对每个组合方案下翅片的流动换热性能进行了模拟。以努塞尔数 Nu 、阻力系数f、传热性能综合评价指标(Performance Evaluation Criteria, PEC)作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析挑选出性能最优的组合方案。 该方法能快速获得散热器结构的优化方案,并分析出主要影响因素,对工程应用有一定的指导意义。 结果表明:影响 Nu 和 f 的最主要因素是热管直径,影响 PEC 的最主要因素是翅片厚度。 对于本文研究的散热器,其最优参数组合方案为:翅片厚度为 0. 6 mm,翅片间距为 2. 2 mm,热管直径为 6 mm,翅片高度为 65 mm,翅片宽度为 28 mm。     

基于代理模型的水下滑翔机机翼设计优化方法

在复杂工程系统的概念设计优化中,高精度数值分析方法得到广泛应用,将高精度数值分析与优化方法有机结合,对设计空间展开全面搜索与寻优,已经成为现代设计优化方法的重要发展方向。以水下滑翔机的概念设计为研究对象,引入代理模型,控制高精度分析试验的数量,有效地化解精度与效率之间的矛盾。将参数化几何建模、网格划分以及流体数值模拟分析集成为自动分析流程,并以此为基础采用试验设计理论,构建代理模型,解决水下滑翔机机翼的多目标设计优化问题。给出基于代理模型的设计优化过程,并系统地比较几种试验设计方法的适应性,重点讨论多项式响应面和径向基函数代理模型,所得代理模型相对误差小于2%。采用梯度寻优方法与遗传算法在给定设计空间内进行全面搜索,获得机翼的最佳平 面构形,水下滑翔机的升阻比提高6.76%,俯仰力矩的绝对值由0.276 0 N•m降低为0.001 5 N•m,提高水下滑翔机的运动性能。