基于网格变形技术的轻量化车身优化设计

专题

基于网格变形技术的轻量化车身优化设计

随着各国政府对汽车的燃油经济性做出了严格限制，使得各汽车厂商开始采取各种措施来改善汽车的燃油经济性，而汽车轻量化设计便是一种最为有效的手段。但是，对汽车进行轻量化设计时，需要保证在不增加汽车车身空气阻力的前提下，汽车车身外部形状会有所改变。因而在实现汽车轻量化后，需要对汽车车身的空气动力学进行分析。鉴于空气流动的复杂性，完全通过理论分析来确定汽车车身周围空气的流动特性较难。对此，将计算流体动力学（CFD）软件与汽车车身优化软件联合，用于汽车车身模型的修改，以加快分析过程。基于CFD分析，介绍使用网格变形技术实现汽车车身的优化设计。

传统的汽车车身CFD分析，通常是将上一次分析结果反馈到下一次分析中，下一次分析还需要进行重复的网格划分和模型装配等工作。网格变形技术可以直接对建立的汽车车身CFD模型进行修改，不用该技术只能取离散值，而利用该技术可以实现连续的变化取值。采用ANSYS Fluent软件作为CFD分析软件，将ANSYS DesignXplorer作为优化汽车车身质量、所受空气阻力和升力的优化软件。将两种软件结合，对Ahmed类车身模型进行优化设计。Ahmed类车身模型的头部包含4个1/4圆柱面过渡，且尾部设有倾角，以模拟扰流的作用。优化过程设定的目标为最小化汽车车身所受空气阻力和升力，通过观察空气阻力和升力的变化值（而不是绝对值），确定优化参数。优化结果显示，对于高速行驶的汽车实现轻量化后，应采用后部扰流器，其有利于在汽车周围形成稳定的空气流场，有助于车身稳定。但是，对于不同的天气环境需要设定扰流板的不同倾角。

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

编译：王祥