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基于近似模型的汽车尾部结构减阻优化
| 论文题名： | 基于近似模型的汽车尾部结构减阻优化 |
| 关键词： | 汽车尾部结构;空气动力学;减阻优化;近似模型 |
| 摘要： | 中国作为汽车保有量世界第一的大国，在石油资源日益紧缺的情况下，降低燃油消耗、发展电动车愈发重要，并将上升到国家战略层面。在降低燃油消耗的方法中，减小汽车的空气阻力系数是最为行之有效的方法之一。中国每年新增车辆以千万计，所以降低汽车气动阻力、优化整个减阻流程成为迫在眉睫的事情。 本文以阶背式MIRA模型作为研究对象，采取近似优化方法对汽车尾部结构进行减阻优化设计。对于多维度复杂的优化问题，近似模型与优化算法的组合方法具有高效、精确的特点。论文的主要目的是:借助三维建模、计算流体力学、近似优化等软件，搭建优化系统来减小阶背式MIRA模型的气动阻力。且提出了组合优化并应用到阶背式MIRA模型车尾结构参数优化中，有效地提高了汽车的气动性能。 首先，在三维建模软件CATIA中建立阶背式MIRA轿车模型，依托商用流体力学仿真软件，进行了数值模拟，发现汽车尾部湍流结构十分复杂并伴随着很大的能量耗散。基于上述仿真结果，分析引起模型阻力较大的关键因素，并选取了车顶倾角、车尾锥度、尾部上翘角、车身两侧外廓线弦长、后风窗倾角、侧风窗倾角、行李箱盖倾角，共七个对汽车尾部涡流区域影响较大的参数变量。因为上述车身两侧外廓线弦长、侧风窗倾角以及车顶倾角三个参数变量会引起汽车正投影面积的大小，而根据气动阻力的计算公式可知，正投影面积和阻力系数的改变都将引起气动阻力的变化。所以将气动阻力系数作为气动性能优化的评价指标不再具有可信度。因此本次以气动阻力系数和正投影面的乘积-流线型系数作为气动性能优劣的评价指标，并进行阶背式MIRA模型的尾部结构优化。 接着对不同的近似模型和优化算法进行两两组合，分析不同的组合对目标函数优化效果，并校验各组最优解与仿真值的误差大小。综合考虑各个优化组合的效率，因为在不同条件的问题之下，对于汽车造型优化的工程问题的优化组合也不完全相同。 最后，通过对7个参数变量的优化，整车的流线型系数降低了16.9％。根据DOE矩阵分析各个关键参数对汽车阻力的影响程度，各参数与阻力系数、流线型系数的拟合函数关系。对最优参数对应的模型进行模拟仿真，并对仿真结果进行详细的后处理来分析车尾流场，将其与MIRA模型进行对比，研究其减阻机理。 本文设计的优化流程，不仅快速有效的分析各参数变量对汽车气动阻力的影响，识别出了关键参数变量，优化了设计流程，降低了汽车的气动阻力，而且节约了大量的时间和精力，对实际过程中的汽车设计有一定的借鉴价值，同时为实现汽车气动外形优化设计提供了参考。 |
| 作者： | 袁阳阳 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张甫仁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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