車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法
2023-09-27 05:39:45 2
車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法，該方法以凹坑非光滑表面的減阻效果為優化對象，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為設計變量，採用拉丁超立方抽樣方法進行試驗設計選取若干組樣本點，利用CFD仿真得到各樣本點的響應值，根據響應值建立Kriging近似模型，在驗證近似模型可信度的基礎上，以近似模型進行全局優化。本發明提供的車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法，減小選取凹坑型非光滑表面的盲目性，經優化後，與初始仿真相比減阻效果有顯著改善，氣流流向更為順暢，優化模型的尾流結構能減小尾渦邊界層的範圍，減小邊界層內能量的交換，從而減小氣動阻力。
【專利說明】車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汽車車身非光滑表面設計【技術領域】，具體涉及一種車身凹坑型非光滑 表面特徵參數優化設計方法。
【背景技術】
[0002] 車身氣動阻力直接影響汽車的動力性和燃油經濟性，當汽車車速超過60km/h時， 用於克服空氣阻力的功率和燃油消耗佔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濟性與動力性均得到有效改善，是促進車輛節能環保的重 要途徑。國內外研究非光滑單元體已經有一定基礎，但是在凹坑型非光滑單元體特徵參數 的選取和設計上具有一定的缺陷，很難達到理想的減阻狀態。
【發明內容】
[0003] 為了使凹坑型非光滑單元體特徵參數設計具有比較強的目的性，並克服已經現有 技術的不足，本發明的目的在於提供了一種車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方 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，同時縮短期間所消耗 的人力物力。
[0004] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種車身凹坑型非光滑表面特徵參 數優化設計方法，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 和縱向間距為參數的凹坑型非光滑單元，具體優化設計步驟如下：
[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設置為設計變量；
[0006] b.採用拉丁超立方抽樣方法選取若干組樣本點進行CFD模擬計算，得到各組的響 應值，分析各設計變量對凹坑型非光滑表面汽車Cd值的影響關係；
[0007] C.根據設計變量和優化目標之間的響應關係採用Kriging模型構建近似模型； [0008] d.檢驗近似模型的擬合精度，在設計空間中選取試驗設計方案外的任意若干個試 驗點進行CFD仿真，並與Kriging模型的計算結果進行對比；
[0009]e.採用多島遺傳優化算法進行優化求解；
[0010] f.將步驟e中獲得最優解時的設計變量值重新建模進行仿真分析計算，最終得出 最優解。
[0011] 本發明具有以下有益效果：本發明提供的車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設 計方法，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化對象， 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為設計變量，採用拉丁超立方抽 樣方法進行試驗設計選取若干組樣本點，利用CFD仿真得到各樣本點的響應值，根據響應 值建立Kriging近似模型，在驗證近似模型可信度的基礎上，以近似模型進行全局優化，優 化後，本發明的減阻率達到了 5. 82 %，較初始值4. 73 %有進一步改善。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明氣動優化流程圖；
[0013] 圖2是凹坑型非光滑汽車氣動阻力係數的Pareto圖；
[0014] 圖3是光滑模型、初試非光滑模型、優化模型的尾流結構對比圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面通過附圖對本發明作進一步闡述。應該說明的是，不得將下述實施例解釋為 對本
【發明內容】
的限制。
[0016] 如圖1所示：一種車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法，該方法在傳統 的CFD優化方法基礎上，結合了試驗設計，近似模型和優化算法等現代優化設計方法，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的凹坑型 非光滑單元，具體優化設計步驟如下：
[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設置為設計變量，尋求各因素之間的最優組合，以達到最大的減阻效果；
[0018] b.根據設計變量的取值範圍和數值類型，採用拉丁超立方抽樣方法選取30組樣 本點並進行CFD模擬計算，得到30組響應值，如表1所示：
[0019] 表130組樣本點與計算結果
[0020] L0021」
【權利要求】
1. 一種車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法，其特徵在於：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的凹坑型非光 滑單元，具體優化設計步驟如下： 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 設置為設計變量； b. 採用拉丁超立方抽樣方法選取若干組樣本點進行CFD模擬計算，得到各組的響應 值，分析各設計變量對凹坑型非光滑表面汽車Cd值的影響關係； c. 根據設計變量和優化目標之間的響應關係採用Kriging模型構建近似模型； d. 檢驗近似模型的擬合精度，在設計空間中選取試驗設計方案外的任意若干個試驗點 進行CFD仿真，並與Kriging模型的計算結果進行對比； e. 採用多島遺傳優化算法進行優化求解； f. 將步驟e中獲得最優解時的設計變量值重新建模進行仿真分析計算，最終得出最優 解。
2. 根據權利要求1所述的車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法，其特徵在 於：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. 根據權利要求1所述的車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法，其特徵在 於： 所述樣本點組數設置為30組。
4. 根據權利要求1所述的車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法，其特徵在 於： 所述試驗點個數設置為3個。
5. 根據權利要求1所述的車身凹坑型非光滑表面特徵參數優化設計方法，其特徵在 於：所述多島遺傳優化算法求解過程中，初試種群個數設為50個，島數設為10,迭代代數設 為 100。
【文檔編號】G06F17/50GK104239656SQ201410547256
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】楊易, 劉政, 蔡聖康, 黃劍鋒 申請人:湖南大學