車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法以凹坑非光滑表面的減阻效果為優(yōu)化對(duì)象，選取單元體深度S、單元體直徑D、橫向間距W和縱向間距L為設(shè)計(jì)變量，采用拉丁超立方抽樣方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取若干組樣本點(diǎn)，利用CFD仿真得到各樣本點(diǎn)的響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng)值建立Kriging近似模型，在驗(yàn)證近似模型可信度的基礎(chǔ)上，以近似模型進(jìn)行全局優(yōu)化。本發(fā)明提供的車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，減小選取凹坑型非光滑表面的盲目性，經(jīng)優(yōu)化后，與初始仿真相比減阻效果有顯著改善，氣流流向更為順暢，優(yōu)化模型的尾流結(jié)構(gòu)能減小尾渦邊界層的范圍，減小邊界層內(nèi)能量的交換，從而減小氣動(dòng)阻力。
【專利說(shuō)明】車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車車身非光滑表面設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種車身凹坑型非光滑 表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 車身氣動(dòng)阻力直接影響汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)汽車車速超過(guò)60km/h時(shí)， 用于克服空氣阻力的功率和燃油消耗占行駛總功率和燃油消耗的30% -40%。因此，降低 車身空氣阻力意味著整車燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性均得到有效改善，是促進(jìn)車輛節(jié)能環(huán)保的重 要途徑。國(guó)內(nèi)外研究非光滑單元體已經(jīng)有一定基礎(chǔ)，但是在凹坑型非光滑單元體特征參數(shù) 的選取和設(shè)計(jì)上具有一定的缺陷，很難達(dá)到理想的減阻狀態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了使凹坑型非光滑單元體特征參數(shù)設(shè)計(jì)具有比較強(qiáng)的目的性，并克服已經(jīng)現(xiàn)有 技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方 法，該方法能降低凹坑型非光滑單元體選擇的盲目性，提高減阻效率，同時(shí)縮短期間所消耗 的人力物力。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種車身凹坑型非光滑表面特征參 數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法在MIRA直背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直徑、凹坑橫向間距 和縱向間距為參數(shù)的凹坑型非光滑單元，具體優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下：
[0005] a.將凹坑單元體直徑D、凹坑單元體深度S、凹坑單元體之間橫向間距W和縱向間 距L設(shè)置為設(shè)計(jì)變量；
[0006] b.采用拉丁超立方抽樣方法選取若干組樣本點(diǎn)進(jìn)行CFD模擬計(jì)算，得到各組的響 應(yīng)值，分析各設(shè)計(jì)變量對(duì)凹坑型非光滑表面汽車Cd值的影響關(guān)系；
[0007] C.根據(jù)設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化目標(biāo)之間的響應(yīng)關(guān)系采用Kriging模型構(gòu)建近似模型； [0008] d.檢驗(yàn)近似模型的擬合精度，在設(shè)計(jì)空間中選取試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案外的任意若干個(gè)試 驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行CFD仿真，并與Kriging模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；
[0009]e.采用多島遺傳優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化求解；
[0010] f.將步驟e中獲得最優(yōu)解時(shí)的設(shè)計(jì)變量值重新建模進(jìn)行仿真分析計(jì)算，最終得出 最優(yōu)解。
[0011] 本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供的車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè) 計(jì)方法，減小選取凹坑型非光滑表面的盲目性，以凹坑非光滑表面的減阻效果為優(yōu)化對(duì)象， 選取單元體深度S、單元體直徑D、橫向間距W和縱向間距L為設(shè)計(jì)變量，采用拉丁超立方抽 樣方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取若干組樣本點(diǎn)，利用CFD仿真得到各樣本點(diǎn)的響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng) 值建立Kriging近似模型，在驗(yàn)證近似模型可信度的基礎(chǔ)上，以近似模型進(jìn)行全局優(yōu)化，優(yōu) 化后，本發(fā)明的減阻率達(dá)到了 5. 82 %，較初始值4. 73 %有進(jìn)一步改善。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明氣動(dòng)優(yōu)化流程圖；
[0013] 圖2是凹坑型非光滑汽車氣動(dòng)阻力系數(shù)的Pareto圖；
[0014] 圖3是光滑模型、初試非光滑模型、優(yōu)化模型的尾流結(jié)構(gòu)對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。應(yīng)該說(shuō)明的是，不得將下述實(shí)施例解釋為 對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限制。
[0016] 如圖1所示：一種車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法在傳統(tǒng) 的CFD優(yōu)化方法基礎(chǔ)上，結(jié)合了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，近似模型和優(yōu)化算法等現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在 MIRA直背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直徑、凹坑橫向間距和縱向間距為參數(shù)的凹坑型 非光滑單元，具體優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下：
[0017] a.將凹坑單元體直徑D、凹坑單元體深度S、凹坑單元體之間橫向間距W和縱向間 距L設(shè)置為設(shè)計(jì)變量，尋求各因素之間的最優(yōu)組合，以達(dá)到最大的減阻效果；
[0018] b.根據(jù)設(shè)計(jì)變量的取值范圍和數(shù)值類型，采用拉丁超立方抽樣方法選取30組樣 本點(diǎn)并進(jìn)行CFD模擬計(jì)算，得到30組響應(yīng)值，如表1所示：
[0019] 表130組樣本點(diǎn)與計(jì)算結(jié)果
[0020] L0021」

【權(quán)利要求】
1. 一種車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方法在MIRA 直背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直徑、凹坑橫向間距和縱向間距為參數(shù)的凹坑型非光 滑單元，具體優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下： a. 將凹坑單元體直徑D、凹坑單元體深度S、凹坑單元體之間橫向間距W和縱向間距L 設(shè)置為設(shè)計(jì)變量； b. 采用拉丁超立方抽樣方法選取若干組樣本點(diǎn)進(jìn)行CFD模擬計(jì)算，得到各組的響應(yīng) 值，分析各設(shè)計(jì)變量對(duì)凹坑型非光滑表面汽車Cd值的影響關(guān)系； c. 根據(jù)設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化目標(biāo)之間的響應(yīng)關(guān)系采用Kriging模型構(gòu)建近似模型； d. 檢驗(yàn)近似模型的擬合精度，在設(shè)計(jì)空間中選取試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案外的任意若干個(gè)試驗(yàn)點(diǎn) 進(jìn)行CFD仿真，并與Kriging模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比； e. 采用多島遺傳優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化求解； f. 將步驟e中獲得最優(yōu)解時(shí)的設(shè)計(jì)變量值重新建模進(jìn)行仿真分析計(jì)算，最終得出最優(yōu) 解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在 于：凹坑深度S = 5臟，凹坑直徑D = 20臟，凹坑橫向間距W = 60臟，縱向間距L = 50臟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在 于： 所述樣本點(diǎn)組數(shù)設(shè)置為30組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在 于： 所述試驗(yàn)點(diǎn)個(gè)數(shù)設(shè)置為3個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車身凹坑型非光滑表面特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在 于：所述多島遺傳優(yōu)化算法求解過(guò)程中，初試種群個(gè)數(shù)設(shè)為50個(gè)，島數(shù)設(shè)為10,迭代代數(shù)設(shè) 為 100。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104239656SQ201410547256
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】楊易, 劉政, 蔡圣康, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)