基于網(wǎng)格變形技術(shù)的輕量化車身優(yōu)化設(shè)計

專題

基于網(wǎng)格變形技術(shù)的輕量化車身優(yōu)化設(shè)計

隨著各國政府對汽車的燃油經(jīng)濟性做出了嚴格限制，使得各汽車廠商開始采取各種措施來改善汽車的燃油經(jīng)濟性，而汽車輕量化設(shè)計便是一種最為有效的手段。但是，對汽車進行輕量化設(shè)計時，需要保證在不增加汽車車身空氣阻力的前提下，汽車車身外部形狀會有所改變。因而在實現(xiàn)汽車輕量化后，需要對汽車車身的空氣動力學進行分析。鑒于空氣流動的復雜性，完全通過理論分析來確定汽車車身周圍空氣的流動特性較難。對此，將計算流體動力學（CFD）軟件與汽車車身優(yōu)化軟件聯(lián)合，用于汽車車身模型的修改，以加快分析過程。基于CFD分析，介紹使用網(wǎng)格變形技術(shù)實現(xiàn)汽車車身的優(yōu)化設(shè)計。

傳統(tǒng)的汽車車身CFD分析，通常是將上一次分析結(jié)果反饋到下一次分析中，下一次分析還需要進行重復的網(wǎng)格劃分和模型裝配等工作。網(wǎng)格變形技術(shù)可以直接對建立的汽車車身CFD模型進行修改，不用該技術(shù)只能取離散值，而利用該技術(shù)可以實現(xiàn)連續(xù)的變化取值。采用ANSYS Fluent軟件作為CFD分析軟件，將ANSYS DesignXplorer作為優(yōu)化汽車車身質(zhì)量、所受空氣阻力和升力的優(yōu)化軟件。將兩種軟件結(jié)合，對Ahmed類車身模型進行優(yōu)化設(shè)計。Ahmed類車身模型的頭部包含4個1/4圓柱面過渡，且尾部設(shè)有傾角，以模擬擾流的作用。優(yōu)化過程設(shè)定的目標為最小化汽車車身所受空氣阻力和升力，通過觀察空氣阻力和升力的變化值（而不是絕對值），確定優(yōu)化參數(shù)。優(yōu)化結(jié)果顯示，對于高速行駛的汽車實現(xiàn)輕量化后，應(yīng)采用后部擾流器，其有利于在汽車周圍形成穩(wěn)定的空氣流場，有助于車身穩(wěn)定。但是，對于不同的天氣環(huán)境需要設(shè)定擾流板的不同傾角。

Soham Baksh iet al.SAE 2016-01-0009.

編譯：王祥