本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合的汽車氣動及風(fēng)激振特性研究

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【摘要】：環(huán)境風(fēng)產(chǎn)生的氣動力對高速行駛車輛的安全性、穩(wěn)定性、舒適性都有著重要的影響,在車身設(shè)計、系統(tǒng)動力學(xué)、懸架設(shè)計等研究中都需要重點考慮,目前的科學(xué)研究很少考慮車身彈性元件的振動對流場結(jié)構(gòu)的影響問題。本文主要對國內(nèi)外關(guān)于流固耦合方法在飛機、火車、汽車上的應(yīng)用進行深入研究,基于流固耦合、計算流體、結(jié)構(gòu)分析、振動等基礎(chǔ)理論,尋找出適用于本文研究內(nèi)容的數(shù)值仿真方法;然后通過引入考慮流固耦合效應(yīng)的數(shù)值仿真和風(fēng)洞實驗對此仿真方案進行對比驗證,確定出適用本文的最佳仿真方案;最后將已確定的仿真方案應(yīng)用到整車縮比模型數(shù)值仿真之中,進行了不同時速下的整車振動、不同時速下的阻風(fēng)板振動、時變側(cè)風(fēng)下的車輛側(cè)滑和側(cè)傾三種常見問題的實際工程應(yīng)用。具體研究內(nèi)容概括如下:第一,本文提出考慮流固耦合效應(yīng)的研究方法,首先進行基于MIRA模型的氣動和風(fēng)激振特性數(shù)值仿真研究,此數(shù)值仿真是將流體仿真和結(jié)構(gòu)仿真兩部分通常獨立的計算體系進行耦合,然后通過風(fēng)洞實驗技術(shù)(氣動力測量技術(shù)、位移測量技術(shù)、PSI壓力掃描技術(shù)等)進行實驗驗證,兩種方法的結(jié)果偏差基本在±10%以內(nèi),對于實際工程應(yīng)用來說,此數(shù)值仿真方法具有一定的可行性和有效性,對工程實踐有一定的指導(dǎo)意義。通過流場結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),流固耦合效應(yīng)對氣動升力的影響比較明顯,其影響機理主要是因為車身或者附件的位置改變而使流場中脫落渦或者分離渦的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變。第二,本文分別對不同時速下的整車振動和阻風(fēng)板振動進行仿真研究,得到的仿真結(jié)果表明:(1)有無考慮流固耦合效應(yīng)的數(shù)值仿真在氣動升力方面差距較大,隨著車速的增加,風(fēng)激振效應(yīng)也隨之增強;(2)對于整車流場分析,氣動升力在140km/h的差異率高達38%左右,非耦合的仿真結(jié)果相對偏小,依據(jù)此結(jié)果進行汽車設(shè)計開發(fā)有偏于冒險的傾向;(3)風(fēng)激振現(xiàn)象容易引起彈性板件阻風(fēng)板的振動,此現(xiàn)象不僅會影響阻風(fēng)板的氣動性能,而且嚴(yán)重時會造成阻風(fēng)板損壞。第三,通過對三種不同的時變側(cè)風(fēng)(線性側(cè)風(fēng)、偽階躍側(cè)風(fēng)、正弦側(cè)風(fēng))進行深入研究,研究發(fā)現(xiàn):(1)線性側(cè)風(fēng)相對影響較小,有無耦合的仿真方法差異不大;(2)高速偽階躍側(cè)風(fēng)將會產(chǎn)生瞬時危險工況,對車輛的穩(wěn)定性和駕駛員技術(shù)水平要求較高,容易在高速行駛過程中產(chǎn)生危險;(3)有無耦合的數(shù)值仿真結(jié)果在氣動升力方面差距較大,無耦合的數(shù)值仿真使汽車設(shè)計工作更加偏向冒險,當(dāng)高速行駛車輛長時間處于正弦側(cè)風(fēng)工況時,危險性將會提高,應(yīng)該避免在此工況下長時間高速行駛�？傊�,本文從基礎(chǔ)理論、數(shù)值仿真、風(fēng)洞實驗三個方面對比研究有無耦合的數(shù)值仿真方法的區(qū)別,對于傳統(tǒng)無耦合CFD預(yù)測的氣動升力要比實際情況偏小,會對自動駕駛和懸架自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的危險情況預(yù)判產(chǎn)生影響,而流固耦合的CFD數(shù)值仿真更能貼近實際情況,為智能車的自動駕駛和自動調(diào)節(jié)懸架提供更精確的參考數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：空氣動力學(xué) 流固耦合 數(shù)值仿真 風(fēng)激振 風(fēng)洞實驗 安全性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U461.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12-15
• 1.1.1 背景12-13
• 1.1.2 研究目標(biāo)13
• 1.1.3 定義13-14
• 1.1.4 研究瓶頸14
• 1.1.5 新方法的提出14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本文的研究方法18
• 1.4 本文的研究內(nèi)容18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第2章 數(shù)值仿真參數(shù)的影響性分析及方案確定20-34
• 2.1 氣流的基本假設(shè)20
• 2.2 無耦合外流場數(shù)值仿真20-27
• 2.2.1 幾何模型20-21
• 2.2.2 模型網(wǎng)格方案21-22
• 2.2.3 網(wǎng)格無關(guān)性分析22-26
• 2.2.4 數(shù)值仿真邊界條件的選擇26
• 2.2.5 湍流模型的選擇26-27
• 2.3 風(fēng)洞實驗驗證27-31
• 2.3.1 汽車風(fēng)洞28
• 2.3.2 實驗方法和內(nèi)容28-31
• 2.4 CFD數(shù)值仿真與風(fēng)洞實驗結(jié)果對比驗證31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第3章 高速汽車流固耦合數(shù)值仿真的理論研究34-44
• 3.1 空氣動力學(xué)數(shù)學(xué)理論34-35
• 3.1.1 質(zhì)量守恒方程34
• 3.1.2 動量守恒方程34-35
• 3.2 高速汽車動力學(xué)數(shù)學(xué)模型35
• 3.3 流固耦合理論35-36
• 3.3.1 數(shù)學(xué)理論36
• 3.4 動網(wǎng)格技術(shù)36-38
• 3.4.1 有限體積法中的動網(wǎng)格求解原理37
• 3.4.2 動網(wǎng)格更新原理37-38
• 3.5 縮比模型相似理論38-40
• 3.5.1 相似的定義38
• 3.5.2 相似定理與準(zhǔn)則38
• 3.5.3 相似準(zhǔn)則的推導(dǎo)方法38-40
• 3.6 數(shù)據(jù)分析理論40-41
• 3.6.1 伯努利定理40
• 3.6.2 傅里葉分析40-41
• 3.7 車輛行駛安全性、穩(wěn)定性和舒適性的評價41-42
• 3.7.1 定義41-42
• 3.7.2 評價依據(jù)42
• 3.8 本章小結(jié)42-44
• 第4章 MIRA模型的流固耦合數(shù)值仿真研究44-64
• 4.1 流固耦合的仿真計算理論44-47
• 4.1.1 固體模型有限元分析44
• 4.1.2 流體模型求解理論44-45
• 4.1.3 流固耦合數(shù)值仿真計算的實現(xiàn)方法45-47
• 4.2 基于流固耦合的MIRA數(shù)值仿真計算47-62
• 4.2.1 物理模型及網(wǎng)格劃分47-49
• 4.2.2 流固耦合仿真參數(shù)設(shè)置49-51
• 4.2.3 MIRA氣動特性分析51-56
• 4.2.4 MIRA風(fēng)激振特性分析56-62
• 4.3 本章小結(jié)62-64
• 第5章 MIRA模型的流固耦合風(fēng)洞實驗驗證64-72
• 5.1 MIRA模型的風(fēng)洞實驗64-67
• 5.1.1 實驗?zāi)Ｐ?/span>64-65
• 5.1.2 實驗設(shè)備65-66
• 5.1.3 實驗方案66
• 5.1.4 阻塞比的影響與修正66-67
• 5.1.5 雷諾數(shù)影響67
• 5.2 MIRA模型的數(shù)值仿真與風(fēng)洞實驗對比研究67-71
• 5.2.1 實驗數(shù)據(jù)誤差分析67-68
• 5.2.2 實驗結(jié)果與分析68-71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 第6章 流固耦合方法的工程應(yīng)用72-98
• 6.1 基于流固耦合的整車數(shù)值仿真計算72-89
• 6.1.1 物理模型及網(wǎng)格劃分72-74
• 6.1.2 流固耦合仿真參數(shù)設(shè)置74
• 6.1.3 整車氣動特性分析74-81
• 6.1.4 整車風(fēng)激振特性分析81-89
• 6.2 基于流固耦合的阻風(fēng)板數(shù)值仿真計算89-97
• 6.2.1 物理模型及網(wǎng)格劃分89-91
• 6.2.2 流固耦合仿真參數(shù)設(shè)置91
• 6.2.3 阻風(fēng)板氣動特性分析91-95
• 6.2.4 阻風(fēng)板的風(fēng)激振特性分析95-97
• 6.3 本章小結(jié)97-98
• 第7章 基于流固耦合的時變側(cè)風(fēng)高速汽車氣動特性研究98-114
• 7.1. 物理模型及網(wǎng)格劃分98-101
• 7.1.1 固體模型98-99
• 7.1.2 流體模型99-101
• 7.2 流固耦合仿真參數(shù)設(shè)置101
• 7.3 仿真結(jié)果對比分析101-113
• 7.3.1 整車氣動特性分析101-108
• 7.3.2 整車風(fēng)激振特性分析108-113
• 7.4 本章小結(jié)113-114
• 第8章 總結(jié)與展望114-116
• 8.1 全文總結(jié)114-115
• 8.2 創(chuàng)新點115
• 8.3 展望115-116
• 參考文獻116-120
• 作者簡介和科研成果120-121
• 致謝121

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃碩;;基于CFD技術(shù)的轎車外流場數(shù)值模擬及優(yōu)化[J];中國科技論文;2013年11期

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3 余皓;楊志剛;朱暉;;兩廂車空氣動力阻力數(shù)值解與網(wǎng)格無關(guān)性研究[J];計算機仿真;2013年01期

4 熊超強;臧孟炎;范秦寅;;低阻力汽車外流場的數(shù)值模擬及其誤差分析[J];汽車工程;2012年01期

5 江洪;唐鵬;;轎車車身外流場的CFD仿真與實驗驗證[J];重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年03期

6 張英朝;張U，

本文編號：1098970