FSAE賽車車身氣動造型設(shè)計及其優(yōu)化.pdf

1、分類號UDCU46621埸H1大譬YANGZttOUUNIVERSlTY學(xué)號M150395密級碩士學(xué)位論一文(全日制學(xué)術(shù)學(xué)位)FSAE賽車車身氣動造型設(shè)計及其優(yōu)化指導(dǎo)教師姓名：申請學(xué)位級別：論文提交日期：學(xué)位授予單位：單金良學(xué)科專業(yè)名稱：車輛工程論文答辯日期：至Q】璺生壘旦學(xué)位授予日期：2018年6月2018年6月基摘要大學(xué)生一級方程式賽車的飛速發(fā)展對其速度、燃油經(jīng)濟(jì)性和操縱穩(wěn)定性等方面提出了更加嚴(yán)苛的要求，賽車的空氣動力學(xué)特性作為核心

2、影響因素越來越得到重視。具有良好氣動特性的賽車不僅能降低氣流阻力的影響，而且能獲得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和操縱穩(wěn)定性，因此車身的造型設(shè)計成為賽車整個設(shè)計開發(fā)過程中非常重要的環(huán)節(jié)。同時由于賽車車身造型設(shè)計是各種相關(guān)理論和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的綜合集成的復(fù)雜過程，需要一套高質(zhì)量、高效率的賽車車身設(shè)計流程與方法，保證其設(shè)計質(zhì)量。本文即在充分研究了賽車的發(fā)展歷程以及相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，對賽車車身造型設(shè)計流程與優(yōu)化方法進(jìn)行了深入的研究。首先本文以空氣動力學(xué)性能良

3、好的理想形體為理論基礎(chǔ)，根據(jù)賽車整車結(jié)構(gòu)進(jìn)行車身設(shè)計，并以阻力系數(shù)和升力系數(shù)為目標(biāo)，對車身造型進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，最終通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的可靠性。本文的主要研究工作有：1)根據(jù)現(xiàn)有的理論知識搭建了理想形體數(shù)字化模型，并對理想形體進(jìn)行了CFD仿真分析；2)在理想形體的基礎(chǔ)上，運(yùn)用CATIA設(shè)計軟件對賽車車身進(jìn)行了三維數(shù)字化設(shè)計，并對原始的車身模型進(jìn)行了CFD仿真分析，獲得了性能良好的初始造型；3)為能進(jìn)一步對車身模型進(jìn)行變形優(yōu)化，采

4、用Sculptor軟件建立了賽車車身的控制變形體，設(shè)置了車身變形控制點(diǎn)，建立了控制點(diǎn)多個位移變量，作為后期優(yōu)化的輸入變量；4)通過Isight集成了Sculptor和Fluent以阻力和升力系數(shù)為輸出變量，進(jìn)行聯(lián)合仿真，獲得了輸入、輸出變量的樣本數(shù)據(jù)；5)根據(jù)上述樣本數(shù)據(jù)利用Isight的Approximation模型進(jìn)行賽車車身造型的多目標(biāo)優(yōu)化，獲得了最佳的優(yōu)化結(jié)果，對該結(jié)果進(jìn)行了CFD仿真和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終表明兩者具有良好的一致性

5、。從本文的研究結(jié)果來看，以理想形體為載體進(jìn)行賽車車身設(shè)計，可以充分的保留原始形體優(yōu)秀的氣動特性。依據(jù)DOE獲得的輸入與輸出的樣本數(shù)據(jù)建立的近似優(yōu)化模型能夠?qū)δ尘唧w的賽車車身造型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，不僅降低了阻力和升力，而且提高設(shè)計效率，大幅減小優(yōu)化工作量。通過揚(yáng)州大學(xué)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)一步驗(yàn)證了車身氣動造型設(shè)計流程及其優(yōu)化方法的正確性。本文最終優(yōu)化結(jié)果顯示，賽車車身阻力系數(shù)降低了1564％，升力系數(shù)絕對值下降了2349％，故此方法對大學(xué)生方程