上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）面包車車身造型的改進(jìn)設(shè)計(jì)PAGEPAGE76提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有摘要和汽車發(fā)展一樣，汽車車身發(fā)展也歷經(jīng)了結(jié)構(gòu)、性能、外形、安全節(jié)能與環(huán)保四個(gè)發(fā)展階段。研究終極成果直指降低汽車燃油消耗量、提高汽車加速度和最大行駛速度三大經(jīng)濟(jì)性與操縱穩(wěn)定性指標(biāo)。具體包括氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩、汽車空氣動(dòng)力穩(wěn)定性、汽車表面三維流場(chǎng)和表面壓強(qiáng)以及汽車外形局部動(dòng)力學(xué)特征等，并通過汽車的外形變化——車身造型予以體現(xiàn)。基于車身空氣動(dòng)力學(xué)改進(jìn)的設(shè)計(jì)，空氣動(dòng)力學(xué)特性是影響汽車性能的最重要因素，它針對(duì)汽車給環(huán)境、能源帶來的弊端，解決了汽車動(dòng)力性、安全性方面的諸多問題，而且與汽車造型技術(shù)相互依存?？諝鈩?dòng)力學(xué)性能越來越被重視，以低阻物體為出發(fā)點(diǎn)、減小正投影面積、追求楔型風(fēng)格和表面平滑化等，而且計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)必將給汽車空氣動(dòng)力學(xué)以新的面貌。FLUENT軟件是目前對(duì)于汽車空氣動(dòng)力性計(jì)算較為先進(jìn)的軟件，對(duì)于車身造型改進(jìn)來說有相當(dāng)重要的作用，大大減少了設(shè)計(jì)造型時(shí)間，減少設(shè)計(jì)成本。關(guān)鍵詞：車身設(shè)計(jì)，空氣動(dòng)力學(xué)，流體力學(xué)軟件MicrobusbodydesignandimprovementAbstractThemodernautomobilecondensedthecompleteachievementofthenearhundredyearhumanindustrycivilization,becomes“thechangeworldmachine”.Assamewiththeautomobiledevelopment,theautomobilebodydevelopmenthasalsohadbeenthroughrepeatedlythestructure,theperformance,thecontour,thesafeenergyconservationandtheenvironmentalprotectionfourdevelopmentphase.Studiestheultimateachievementtoreferstraightreducestheautomobilefueloilconsumption,enhancestheautomobileaccelerationandthemaximumtravelingspeedthreebigefficienciesandtheoperationstabilitycriterion.Includestheaerodynamicforce,theaerodynamicmoment,theautomobileaerodynamicforcestability,theautomobilesurfacethreedimensionalflowfieldandthesuperficialintensityofpressureaswellastheautomobilecontourpartialdynamicscharacteristicspecificallyandsoon,andmanifeststhroughtheautomobilecontourchangetheautomobilebodymodelling.Thisarticleisbasedontheautomobilebodyaerodynamicsimprovementdesign,theaerodynamicscharacteristicisaffectstheautomobileperformancethemostimportantattribute,itinviewoftheautomobilethemalpracticewhichtotheenvironment,theenergybrings,hassolvedtheautomobilepower,secureaspectmanyquestions,moreoverdependsoneachothermutuallywiththeautomobilemodellingtechnology.Theaerodynamicsperformanceistakenmoreandmore,takethelow-dragbodyasthestartingpoint,reducesthenormalprojectionarea,pursuesthewedgestyleandthesurfacesmoothandsoon,moreovercomputationhydrodynamics(CFD)willcertainlytogivetheautomobileaerodynamicsbythenewappearance.TheFluentsoftwareatpresentcalculatesamoreadvancedsoftwareregardingtheautomobileairpower,hasthequitevitalroleregardingtheautomobilebodymodellingimprovement,reducedthedesignmodellingtimegreatly,reducesthedesigncost.Keywords:Bodydesign,aerodynamics,Hydromechanicssoftware面包車車身造型的改進(jìn)設(shè)計(jì)茅盛偉061103270引言近年來，我國(guó)隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車工業(yè)呈現(xiàn)出前所未有高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。在幾大車種中，乘用車的發(fā)展尤其引人關(guān)注，市場(chǎng)上新車的品種在不斷更新，家庭轎車的擁有量正快速增長(zhǎng)，人們購(gòu)車?yán)砟钍走x是外形款式，其次是性價(jià)比。所以現(xiàn)代汽車造型在汽車工業(yè)中已經(jīng)成為產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的重要手段。然而隨著國(guó)外品牌的不斷涌入，汽車工業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。由于當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)多數(shù)是從國(guó)外引進(jìn)的，嚴(yán)重缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，這對(duì)于中國(guó)汽車工業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展是極其不利的。所以對(duì)于尚待成長(zhǎng)的中國(guó)汽車工業(yè)，如何提高車身設(shè)計(jì)水平從而形成自主開發(fā)。本課題正是在這種背景下提出的。（1）車身造型設(shè)計(jì)的地位車身造型設(shè)計(jì)是車身設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為車身設(shè)計(jì)中確定產(chǎn)品形象的過程，也是汽車參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要因素。車身造型對(duì)其產(chǎn)品的開發(fā)是否成功非常重要，而且往往是決定性的。除產(chǎn)品的技術(shù)性能和質(zhì)量外，車身造型設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的美觀外形會(huì)引發(fā)人們的購(gòu)買欲望，這就是制造商開發(fā)產(chǎn)品的最終目的。車身造型是車身設(shè)計(jì)中最具創(chuàng)造性的工作，是工程設(shè)計(jì)與美工設(shè)計(jì)的完美結(jié)合的產(chǎn)物。一方面車身造型應(yīng)適應(yīng)時(shí)代特點(diǎn)和人類的審美愛好；另一方面，車身造型又要滿足車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整車布置設(shè)計(jì)的要求，滿足車身空氣動(dòng)力學(xué)的要求，而使其具有低的空氣阻力系數(shù)以及良好的空氣動(dòng)力特性，適應(yīng)車身材料和制造工藝技術(shù)的發(fā)展。從不斷推出的新車型來看，車身造型充分反映了新技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)。車身造型設(shè)計(jì)既有其重要性的一面，又具有其獨(dú)特的復(fù)雜性及規(guī)律性。作為大量生產(chǎn)和大眾化的汽車產(chǎn)品，其造型設(shè)計(jì)是一個(gè)高度發(fā)達(dá)的工業(yè)必須最大限度挖掘潛力的一個(gè)重要方面，通過車身的美學(xué)設(shè)計(jì)來提高產(chǎn)品的聲譽(yù)，以及市場(chǎng)的開拓。汽車造型設(shè)計(jì)是為滿足汽車產(chǎn)品的技術(shù)要求而作為一個(gè)整體來構(gòu)思的，因此所表述的含義具有多種層次，既包含車身外形的造型設(shè)計(jì)、車身內(nèi)部的內(nèi)飾設(shè)計(jì)，又反映著發(fā)動(dòng)機(jī)及零部件的布置設(shè)計(jì)。汽車的外形設(shè)計(jì)決定了汽車所有重要的尺寸，以及零部件的布置尺寸。由于直接的感官知覺對(duì)感覺產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，外形美往往早在評(píng)價(jià)產(chǎn)品技術(shù)特性之前就決定了人們對(duì)一個(gè)產(chǎn)品的取舍，其造型設(shè)計(jì)在汽車的開發(fā)中起著關(guān)鍵的作用。汽車設(shè)計(jì)工作中，與該產(chǎn)品個(gè)性有關(guān)的造型設(shè)計(jì)部分，必須經(jīng)過深思熟慮，并在汽車著手開發(fā)之前就應(yīng)清楚地確定出來，而在其后的設(shè)計(jì)中，為適應(yīng)所有其它技術(shù)領(lǐng)域的要求和解決方案所需的折衷，可以改變?cè)S多細(xì)節(jié)，但不應(yīng)改變?cè)O(shè)計(jì)構(gòu)思的基本描述。（2）車身技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀車身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于組成車身外形的各個(gè)零件多為尺寸大而形狀復(fù)雜的空間曲面，不能用一般的機(jī)械制圖的方法將它完整的表現(xiàn)出來，不得不需要立體模型為依據(jù)。為了使這些圖紙和模型能夠確切的表示出車形結(jié)構(gòu)，需要通過一套復(fù)雜的設(shè)計(jì)程序，傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)方法如圖0.1所示。圖0.1傳統(tǒng)的車身外形設(shè)計(jì)過程傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程一般分為初步設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，需經(jīng)歷1:5油泥模型、全尺寸油泥模型及樣車試制等階段。其中還必須經(jīng)過多次的模型和實(shí)車的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，工作及其繁瑣，周期長(zhǎng)達(dá)5年甚至更長(zhǎng)，同時(shí)存在開發(fā)成本高、產(chǎn)品通用系列化差等缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)中越來越多地采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，車身CAD/CAS得到了廣泛應(yīng)用。如曲面造型能力很強(qiáng)的UG軟件，就為車身進(jìn)行CAD/CAE/CAM設(shè)計(jì)提供了方便。本課題就是使用UG進(jìn)行車身造型設(shè)計(jì)的?，F(xiàn)代車身設(shè)計(jì)程序如圖0.2所示。現(xiàn)代車身開發(fā)中采用CAD/CAM技術(shù)將會(huì)帶來傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，不僅提高了設(shè)計(jì)精度而且縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)和制造周期更為減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度創(chuàng)造了條件。圖0.2現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)程序框圖（3）本文研究的內(nèi)容和意義我國(guó)汽車工業(yè)起步代表為面包車的制造，但是長(zhǎng)期以來忽視了汽車造型設(shè)計(jì)的研究和技術(shù)開發(fā)及人才的培養(yǎng)。當(dāng)大量的外國(guó)汽車涌進(jìn)國(guó)門時(shí)，才知道我們的造型設(shè)計(jì)已經(jīng)落后了人家很多。為了縮短與汽車大國(guó)間的差距，長(zhǎng)期以來，我國(guó)汽車工業(yè)采用模仿和技術(shù)引進(jìn)方法，其戰(zhàn)略目標(biāo)就是形成自主開發(fā)。所以提高汽車的設(shè)計(jì)水平和自主開發(fā)能力是擺在設(shè)計(jì)人員面前的當(dāng)務(wù)之急。本課題采用世界先進(jìn)的CAD/CAM集成軟件UG作為車身設(shè)計(jì)的輔助工具，又用fluent作為空氣動(dòng)力學(xué)分析軟件，旨在探索車身設(shè)計(jì)的先進(jìn)方法和技術(shù)，為我國(guó)汽車的自主開發(fā)與設(shè)計(jì)提供實(shí)用的方法。1汽車空氣動(dòng)力學(xué)與車身造型的研究1.1概述1.1.1汽車車身研究任務(wù)現(xiàn)代汽車凝聚近百年人類工業(yè)文明的全部成果，成為“改變世界的機(jī)器”。和汽車發(fā)展一樣，汽車車身發(fā)展也歷經(jīng)了結(jié)構(gòu)、性能、外形、安全節(jié)能與環(huán)保四個(gè)發(fā)展階段。研究終極成果直指降低汽車燃油消耗量、提高汽車加速度和最大行駛速度三大經(jīng)濟(jì)性與操縱穩(wěn)定性指標(biāo)。具體包括氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩、汽車空氣動(dòng)力穩(wěn)定性、汽車表面三維流場(chǎng)和表面壓強(qiáng)以及汽車外形局部動(dòng)力學(xué)特征等，并通過汽車的外形變化——車身造型予以體現(xiàn)。1.1.2汽車車身研究開發(fā)準(zhǔn)則汽車及車身在其發(fā)展進(jìn)程中，逐步形成一些不成文的開發(fā)準(zhǔn)則，這些準(zhǔn)則可歸納如下：(1)自主-移動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1886年汽車誕生以后，《紐約時(shí)報(bào)》就在一篇報(bào)道中提出了“AUTO-MOBILE”(自主-移動(dòng))概念，這是人們對(duì)這種“新生兒”的最佳描述。汽車在本質(zhì)上是一種交通工具，是在一定的時(shí)問內(nèi)使主體(人或物)完成相應(yīng)的空間位移。先驅(qū)的“自主-移動(dòng)”依然是指導(dǎo)今日設(shè)計(jì)的不二準(zhǔn)則。(2)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則空氣動(dòng)力學(xué)特性是影響汽車性能的最重要因素，它針對(duì)汽車給環(huán)境、能源帶來的弊端，解決了汽車動(dòng)力性、安全性方面的諸多問題，而且與汽車造型技術(shù)相互依存?？諝鈩?dòng)力學(xué)性能越來越被重視，以低阻物體為出發(fā)點(diǎn)、減小正投影面積、追求楔型風(fēng)格和表面平滑化等，而且計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)必將給汽車空氣動(dòng)力學(xué)以新的面貌。(3)美學(xué)準(zhǔn)則汽車造型的目的是以其外形的美去吸引和打動(dòng)觀者，使其產(chǎn)生擁有這種車的欲望汽車造型涉及科學(xué)和藝術(shù)兩大方面。設(shè)計(jì)師需要懂得車身結(jié)構(gòu)、制造工藝、空氣動(dòng)力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、工程材料等知識(shí)。同時(shí)，設(shè)計(jì)師更需要有高雅的藝術(shù)品位和豐富的藝術(shù)知識(shí)。(4)概念設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(超前化法則)概念設(shè)計(jì)及概念車將會(huì)對(duì)產(chǎn)品有更大的影響。我們雖無法預(yù)測(cè)現(xiàn)代科技的走勢(shì)，卻完全可以預(yù)見一定時(shí)期內(nèi)人的需求。概念車則能更多更快地反映這一點(diǎn)，使我們能夠更迅捷地應(yīng)對(duì)變化的市場(chǎng)。(5)智能化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則信息技術(shù)革命正在推動(dòng)汽車設(shè)計(jì)翻開新的一頁(yè)。自動(dòng)化、智能化、多功能將成為21世紀(jì)汽車發(fā)展的新趨勢(shì)。車身也在其中，諸如表面清潔技術(shù)、表面采光技術(shù)、車身材料減阻技術(shù)等。(6)綠色設(shè)計(jì)準(zhǔn)則汽車生產(chǎn)與其他產(chǎn)業(yè)一樣，呈現(xiàn)出綠色戰(zhàn)略趨勢(shì)，這就是向資源利用合理化、廢棄物產(chǎn)生少量化，對(duì)環(huán)境無污染或少污染的方向發(fā)展。生產(chǎn)綠色汽車已提到議事日程，綠色汽車將是環(huán)保汽車的代稱。1.2汽車造型與空氣動(dòng)力學(xué)演繹與發(fā)展空氣動(dòng)力學(xué)上的每一項(xiàng)進(jìn)展，都直觀地反映在汽車造型的變化上。幾十年來，汽車造型的種種變化，都可以找到其空氣動(dòng)力學(xué)的依據(jù)。(1)馬車型汽車。汽車誕生前，馬車是陸地上最好的交通工具，可以說，汽車是從馬車的機(jī)動(dòng)化開始的。在汽車造型方面，沒有專門的設(shè)計(jì)人才，汽車外形基本上沿用了馬車的造型。(2)箱型汽車。馬車型車身，很難抵御風(fēng)雨的侵襲。福特公司生產(chǎn)了一種新形式的像一只大箱子的車身，稱作“箱型車身”。當(dāng)汽車車速超過100km／h后，功率幾乎都用來克服空氣阻力了。因此，人們開始降低車的高度和迎風(fēng)面積用于克服空氣阻力。(3)甲殼蟲型汽車。1930年后，人們?cè)絹碓街匾曑嚿硗庑螌?duì)減少空氣阻力的影響。如美國(guó)克萊斯勒公司生產(chǎn)的小客車，采用了流線型的車身外形，宣告了汽車造型新時(shí)代的開始。當(dāng)時(shí)流線型車身的代表是德國(guó)大眾公司的“甲殼蟲”汽車。(4)船型汽車。為了克服“甲殼蟲”汽車對(duì)橫風(fēng)的不穩(wěn)定性，1949年美國(guó)福特公司推出了福特V8型汽車，這種汽車的前翼子板和發(fā)動(dòng)機(jī)罩、后翼子板和行李艙罩融于一體，大燈和散熱器罩也形成整體，車身兩側(cè)形成一個(gè)平滑的面，車室位于車的中部，整個(gè)車像一只小船，因此稱為“船型汽車”。(5)魚型汽車。船型汽車尾部向后伸出，在高速時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的空氣渦流．對(duì)此，人們把船型車的后窗玻璃逐漸傾斜，成為斜背式，很像魚的脊背，稱之為“魚型汽車”。魚型汽車車身氣流平順，渦流及側(cè)面形狀阻力不大。不過在高速時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種使車輪附著力減小的升力，影響側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性。(6)楔型汽車。在魚型汽車的基礎(chǔ)上，將車身整體向前下方傾斜，將車身尾部截短并如刀切一樣平直，這種造型能有效地克服升力，改善汽車行駛穩(wěn)定性。從空氣動(dòng)力學(xué)角度來看，楔型汽車已接近理想的造型，成為現(xiàn)代汽車車身造型的主流方向。1.3汽車車身造型設(shè)計(jì)方法作為汽車，首先向人們展示的就是它的外形，外形關(guān)聯(lián)到汽車的命運(yùn)。在全球汽車企業(yè)中，汽車造型工作都是由公司的最高層直接領(lǐng)導(dǎo)。1.3.1車身造型設(shè)計(jì)的內(nèi)涵現(xiàn)代車身造型設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)就是把空氣動(dòng)力學(xué)和車身造型這兩個(gè)本來就密不可分的問題結(jié)合起來進(jìn)行研究，把技術(shù)問題和美學(xué)問題雜糅在一起，使車身造型設(shè)計(jì)科學(xué)、先進(jìn)、具有前瞻性、符合汽車造型國(guó)際流行標(biāo)準(zhǔn)，還要體現(xiàn)汽車空氣動(dòng)力學(xué)的最新研究成果，并滿足國(guó)際、國(guó)家法規(guī)。1.3.2車身結(jié)構(gòu)造型(1)總體外形自馬車型到箱型，由甲殼蟲及船型以及魚型向楔型的轉(zhuǎn)變，汽車變得越來越美觀，流暢自然的線條圓滑簡(jiǎn)潔的過渡，明快優(yōu)美的曲線，給人以舒展流暢、強(qiáng)勁的動(dòng)感和平衡安全、生機(jī)勃勃的力量之美?？梢哉f，外表呈楔型的汽車已經(jīng)是很理想的車型了。在追求個(gè)性、高效的今天，外形及其關(guān)聯(lián)的氣動(dòng)阻力依然受制于高速安全性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性。(2)細(xì)部造型現(xiàn)代轎車的外形一般用圓滑流暢的曲線去消隱車身上的轉(zhuǎn)折線。前圍與側(cè)圍、前圍側(cè)圍與發(fā)動(dòng)機(jī)罩，后圍與側(cè)圍等采用圓滑過渡，發(fā)動(dòng)機(jī)罩向前下傾，車尾后箱蓋短而高翹，后翼子板向后收縮，擋風(fēng)玻璃采用大曲面，且與車頂圓滑過渡，側(cè)窗與車身相平，橢圓狀前后燈具、門手把嵌入車體內(nèi)，車外后視鏡、車身表面盡量光潔平滑，車底用平整的蓋板蓋住，降低整車高度等等。(3)導(dǎo)流板與擾流板技術(shù)為減小因車速增加所產(chǎn)生的升力，在前保險(xiǎn)杠下方裝上向下傾斜的連接板。連接板與車身前裙板連成一體，中間開有合適的進(jìn)風(fēng)口加大氣流度，減低車底氣壓，這種連接板稱為導(dǎo)流板。在轎車行李箱蓋上后端做成像鴨尾似的突出物，將從車頂沖下來的氣流阻滯而形成向下的作用力，這種突出物稱為擾流板。擾流板與水平方向呈一定角度，其橫截面的平滑面在上，拋物面在下，這樣會(huì)產(chǎn)生負(fù)升力，用來抵消車身上的升力。1.3.3車身造型設(shè)計(jì)車身造型包括形態(tài)、質(zhì)地、色彩、人機(jī)關(guān)系等內(nèi)涵，應(yīng)盡量完滿體現(xiàn)汽車的物質(zhì)功能和精神功能，充分滿足人們?cè)趯?shí)用和審美兩個(gè)方面的需求。從美學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，汽車造型一個(gè)是以其外在的感性形式所呈現(xiàn)出的形式美或藝術(shù)美，另一個(gè)是以其內(nèi)在的理性形式所呈現(xiàn)出的技術(shù)美或科技美。一般的美學(xué)法則包括：比例與尺寸、對(duì)稱與均衡、穩(wěn)定與輕巧、節(jié)奏與韻律、統(tǒng)一與變化、調(diào)和與對(duì)比、主從與重點(diǎn)、比擬與聯(lián)想、單純與風(fēng)格等。1.4汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究自從世界上有了第一輛汽車以后，德國(guó)就在航空風(fēng)洞中進(jìn)行了車身外形實(shí)驗(yàn)研究。后來德國(guó)人賈萊·克蘭柏勒提出前圓后尖的水滴狀最小空氣阻力造型設(shè)計(jì)方案，從而找到了解決形狀阻力的途徑。美國(guó)人W．Elay于1934年用風(fēng)洞測(cè)量了各種車身模型的空氣阻力系數(shù)。法國(guó)人J．Andreau則提出了汽車表面壓差阻力的概念，并研究了側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性。2O世紀(jì)40年代，另一位法國(guó)人L．Romani對(duì)誘導(dǎo)阻力進(jìn)行了研究。6O年代初，英國(guó)人white通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)提出了估算空氣阻力系數(shù)的方法。到7O年代，汽車空氣動(dòng)力學(xué)才真正成為一門獨(dú)立學(xué)科。我國(guó)是在8O年代才較為系統(tǒng)地研究汽車空氣動(dòng)力學(xué)的。1.4.1理論基礎(chǔ)(1)理想空氣動(dòng)力學(xué)模型空氣動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，圓頭在前、尖端在后的雨滴、淚珠狀的形體最易于通過氣流。然而飛機(jī)與汽車都不可能與其形似，對(duì)于汽車，必須充分考慮與地面接觸部分的影響。(2)升力眾所周知，由于汽車車身上部和下部氣流流速不同，使車身上部和下部形成壓力差，從而產(chǎn)生升力并產(chǎn)生縱傾力矩，直接影響汽車操縱穩(wěn)定性和弱化汽車動(dòng)力的發(fā)揮。(3)空氣阻力系數(shù)“空氣阻力系數(shù)”是衡量現(xiàn)代轎車性能的第一參數(shù)。汽車在行駛中，圍繞著汽車重心產(chǎn)生縱向、側(cè)向和垂直三個(gè)方向的氣動(dòng)力。其中縱向氣動(dòng)力是最大的空氣阻力，并受制于空氣阻力系數(shù)。2O世紀(jì)5O年代至7O年代，空氣阻力系數(shù)維持在0.4-0．6之間。70年代，各國(guó)傾力降低CD值，使其維持在0．28～0．4之間。一般測(cè)定汽車的空氣阻力系數(shù)值有風(fēng)洞測(cè)試法。非風(fēng)洞法則有滑行試驗(yàn)法、行駛功率平衡法等。1.4.2研究方法(1)基礎(chǔ)理論研究空氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)是質(zhì)量守衡、動(dòng)量守衡和能量守衡定律，可由Euler、NS等數(shù)學(xué)方程組來描述。然而有關(guān)不可壓流體特性、流體阻力理論以及汽車?yán)@流特性等基礎(chǔ)理論研究還有待深化。(2)風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞是利用巨大的風(fēng)扇，把空氣吸入管孔中，再利用整流板及管孔漸小的設(shè)計(jì)，把吸進(jìn)的空氣加以整流和加速，使之達(dá)到所需的風(fēng)速，然后再送入風(fēng)洞的試驗(yàn)段中。在設(shè)計(jì)和改進(jìn)汽車時(shí)，作出相應(yīng)的模型或?qū)嵨?，并放入風(fēng)洞進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)測(cè)試。國(guó)內(nèi)外大型汽車制造公司不惜耗費(fèi)巨資建造汽車試驗(yàn)風(fēng)洞，見表1所示美國(guó)通用汽車公司研制出4500kW、葉片直徑13.1m的世界上最大的風(fēng)洞裝置。表1世界各國(guó)風(fēng)洞主要性能參數(shù)表參數(shù)米拉英國(guó)大眾德國(guó)奔馳德國(guó)菲亞特意大利St.Cyr法國(guó)寶馬德國(guó)佐治亞美國(guó)通用美國(guó)NRC加拿大上海交大吉林大學(xué)截面積/m234.937.532.630.015.020.0風(fēng)速/（km·h-1）140180270200144180400240200200風(fēng)機(jī)數(shù)量/臺(tái)41112211111年份196019671976197619811963198019702003當(dāng)用風(fēng)洞測(cè)試時(shí)要注意的技術(shù)問題是：(1)用模型在風(fēng)洞中測(cè)試出的汽車空氣阻力系數(shù)值有1O％～2O％誤差，因?yàn)樵囼?yàn)所用的模型很難與汽車原型做到幾何相似和空氣動(dòng)力學(xué)相似。(2)汽車沿道路行駛時(shí)，空氣相對(duì)于路面的速度為零(假設(shè)無自然風(fēng)時(shí))，在路面上不存在邊界層。而在風(fēng)洞中空氣相對(duì)于模型或原型支承面有運(yùn)動(dòng)，從而形成了邊界層，使值的測(cè)試有誤差。風(fēng)洞或?qū)嵻嚨缆房諝鈩?dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)包括：過表面絲帶法和網(wǎng)格絲帶法測(cè)試車身表面流態(tài)。②通過煙度發(fā)生器實(shí)施煙流法測(cè)試汽車車身周圍流態(tài)。③通過熒光添加劑噴霧法和水流模擬法進(jìn)行流動(dòng)模擬試驗(yàn)，以及用高速攝影法對(duì)雨水和灰塵流動(dòng)特性進(jìn)行印證。④通過肥皂泡法、絲帶法和煙流法，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)室和駕駛室內(nèi)的氣流流態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)印證。⑤通過滑石粉法和泥土重量分析法印證泥垢附著狀態(tài)等。(3)數(shù)值仿真數(shù)值計(jì)算方法從計(jì)算分析角度上定義為計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(簡(jiǎn)稱CFD)。從目前發(fā)展來看，CFD在預(yù)測(cè)汽車外形變化對(duì)三維流場(chǎng)特性的影響方面是最有效的，很適用于汽車外形的造型分析。數(shù)值仿真方法在國(guó)外發(fā)展較快，方法很多，可概括為有限差分法、有限元法和邊界元法三大類，德國(guó)大眾汽車公司、意大利菲亞特Richerche技術(shù)中心、瑞典沃爾沃汽車公司、德國(guó)戴姆勒-奔馳公司、日本三菱公司等都卓有成效地進(jìn)行了數(shù)值分析。美國(guó)福特汽車公司W(wǎng)illiams等人在雷諾數(shù)8×10、風(fēng)速49m／s來流條件下，對(duì)1／2縮尺度的不同尾部造型的轎車模型進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。并通過模型CAD數(shù)據(jù)，利用STAR—CD和FIDAP軟件采用有限差分法(FVM)、有限元法(FEM)求解三維可壓和不可壓RANS方程組對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行了仿真。仿真采用к-ε湍流模型，STAR-CD計(jì)算共用8O萬個(gè)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，F(xiàn)IDAP共用19萬個(gè)結(jié)構(gòu)格。計(jì)算出的車身前部、車底、地面和中心對(duì)稱面上壓力分布均與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；橫截面的速度矢量分布、縱向渦量、總壓損失等也與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果基本一致。由于標(biāo)準(zhǔn)к-ε湍流模型不適于模擬分離流動(dòng)，兩種方法計(jì)算出的車身后背部壓力分布、后窗流動(dòng)起始分離線和行李蓋處流動(dòng)再附著線與試驗(yàn)結(jié)果差別較大。阻力系數(shù)的計(jì)算值大于試驗(yàn)值。計(jì)算出的升力系數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果基本相符。1.5現(xiàn)代汽車研究方法隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)分析方法的發(fā)展，在CFD方法仿真汽車空氣動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，研發(fā)出汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)CAE平臺(tái)。例如，在國(guó)家“863計(jì)劃”的“復(fù)雜流場(chǎng)數(shù)值模擬”、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的“工程旋渦分離流動(dòng)研究”、清華大學(xué)“985工程”的“數(shù)字化轎車”、“轎車關(guān)鍵技術(shù)研究”等項(xiàng)目的支持下，清華大學(xué)流體控制CAE室以ICEM—CFD和STAR—CD商業(yè)軟件為基礎(chǔ)，研制開發(fā)出汽車設(shè)計(jì)CAE平臺(tái)。1.5.1CAE平臺(tái)的基本開發(fā)方法基于把功能、美學(xué)、CFD三大要素結(jié)合起來進(jìn)行汽車造型設(shè)計(jì)，從而形成了汽車造型設(shè)計(jì)方法。(1)用專家系統(tǒng)工程方法提升前人風(fēng)洞試驗(yàn)、實(shí)車道路測(cè)試、數(shù)字仿真和理論研究成果，該成果以數(shù)據(jù)庫(kù)形式，實(shí)現(xiàn)可供計(jì)算機(jī)提取的知識(shí)平臺(tái)。(2)開展新的風(fēng)洞或者道路空氣動(dòng)力學(xué)特性測(cè)試，給出氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩、汽車內(nèi)外三維流場(chǎng)、泥垢附著、雨水灰塵流動(dòng)等動(dòng)力學(xué)研究成果。(3)通過逆向工程或?qū)嵻囯娮訑?shù)據(jù)，建立汽車局部車身或整個(gè)車身的外形，進(jìn)而為用數(shù)值分析方法仿真出汽車氣動(dòng)力和內(nèi)外三維流場(chǎng)構(gòu)建基礎(chǔ)。(4)針對(duì)汽車車身分布結(jié)構(gòu)，構(gòu)造多個(gè)智能體，開展分布式并行研究。如汽車流場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊將包括：發(fā)動(dòng)機(jī)罩和前風(fēng)窗之問的局部氣流分離；汽車后部的氣流分離和尾渦流；汽車底部與地面之間的氣流；車輪轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)三維流場(chǎng)的影響；內(nèi)部氣流的影響；細(xì)小表面突起的影響等部分。(5)軟件嵌入：操作系統(tǒng)軟件(如WinXP)；三維造型軟件(如UG)；集成平臺(tái)(如VC)；流場(chǎng)分析軟件(如STAR-CD、ABAQUS)等。(6)軟件包的多模塊、多功能、跨平臺(tái)的耦合集成研究。實(shí)施軟件質(zhì)量控制、程序驗(yàn)證、需求輸入；完成功能輸出、設(shè)計(jì)更改、擴(kuò)充、軟件評(píng)價(jià)等。1.5.2空氣動(dòng)力學(xué)研究工作仿真主要應(yīng)做以下幾方面工作：(1)研究先進(jìn)的幾何建模和網(wǎng)格生成技術(shù)以及網(wǎng)格特征對(duì)解題精度、收斂性及穩(wěn)定性的影響。(2)旋渦分離流動(dòng)是汽車?yán)@流場(chǎng)中不可避免的流動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)尋求更準(zhǔn)確的物理描述模型。(3)非定常流動(dòng)是汽車流場(chǎng)的本質(zhì)屬性，非定常流動(dòng)研究的發(fā)展，將對(duì)汽車旋渦分離流動(dòng)進(jìn)行有效的控制，并改善汽車的行駛穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。(4)湍流流動(dòng)計(jì)算方法研究應(yīng)集中在湍流模型、大渦模擬和直接數(shù)值模擬三方面。而在不遠(yuǎn)的將來就有可能對(duì)汽車粘性流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。(5)發(fā)展數(shù)值算法，促進(jìn)使用大尺度渦流模擬、小尺度湍流模型方法求解全N-S方程組。(6)對(duì)已有的程序和計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證，找出存在的問題，從而推動(dòng)數(shù)值仿真的進(jìn)一步發(fā)展。1.5.3未來車型的展望面對(duì)日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，在滿足空氣動(dòng)力性要求的前提下，車身造型更注重視覺效果，顯現(xiàn)出藝術(shù)化、多樣化和個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)。可以預(yù)見，未來汽車的造型將更為平滑、流暢、富有個(gè)性，甚至個(gè)人提出外形，如模仿寵物、憑空虛幻等。從空氣動(dòng)力學(xué)出發(fā)外形設(shè)計(jì)也不會(huì)千篇一律，正如鳥和魚都是流線型的，但我們并不會(huì)搞混金絲雀和禿鷹、金魚和鯊魚一樣，只要不違反國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不影響市容市貌，什么外形的汽車都有可能出現(xiàn)。1.6結(jié)語(yǔ)汽車車身研究呈現(xiàn)把汽車空氣動(dòng)力學(xué)和車身造型更加緊密結(jié)合起來進(jìn)行研究的特點(diǎn)；未來汽車車身的造型將更為平滑、流暢、富有個(gè)性；CFD技術(shù)將進(jìn)一步完善和發(fā)展，并將在CAF技術(shù)平臺(tái)下增加其實(shí)用性；減小空氣阻力系數(shù)依然是新一代汽車致力的主要目標(biāo)之一。計(jì)算機(jī)輔助車身造型設(shè)計(jì)2.1計(jì)算機(jī)輔助車身造型設(shè)計(jì)介紹傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)車身曲線需要依靠人力經(jīng)過繪畫－模型－圖板等多次反復(fù)測(cè)量，反復(fù)修改才能確定，耗費(fèi)大量的勞動(dòng)和時(shí)間，而且設(shè)計(jì)精度也難以保證，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期加長(zhǎng)、影響產(chǎn)品的更新?lián)Q代。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為了克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法帶來的缺點(diǎn)，人們利用CAD軟件提供的強(qiáng)大的復(fù)合建模功能，探索出來一種車身設(shè)計(jì)新方法，為縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本作了一些努力，也為我們進(jìn)行車身CAD新方法、新手段的探索，提供基礎(chǔ)性的借鑒。從七十年代起，CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）已經(jīng)進(jìn)入了汽車造型設(shè)計(jì)這一領(lǐng)域，今天更是普遍應(yīng)用，并已成為目前國(guó)內(nèi)外汽車廠進(jìn)行汽車造型設(shè)計(jì)的常規(guī)手段?，F(xiàn)在常見的過程始于模型制作階段，通過三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量，得到模型上離散的點(diǎn)集，將點(diǎn)集數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，運(yùn)用CAD將其連成光順的曲線，建立數(shù)字化模型，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和可行性分析，即相當(dāng)于膠帶圖效果；然后通過專門的CAD設(shè)計(jì)軟件，用曲線建立起整個(gè)車身的表面數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)人員在電腦前可以進(jìn)行任意的修改，再通過數(shù)控銑床制造1:1全尺寸模型，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改和定型；然后再通過測(cè)量?jī)x對(duì)全尺寸模型進(jìn)行測(cè)量，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)建立汽車外形的數(shù)學(xué)模型，并用圖形顯示終端顯示出來，模型的三維曲面視圖可以旋轉(zhuǎn),在不同的角度觀察不同地方，十分直觀。在這里，CAD的運(yùn)用不但使人從繁重的勞動(dòng)解脫出來，縮短了設(shè)計(jì)周期，而且能夠保證設(shè)計(jì)精度，降低了設(shè)計(jì)開發(fā)的成本。計(jì)算機(jī)輔助車身設(shè)計(jì)開發(fā)從初始的概念設(shè)計(jì)、幾何造型設(shè)計(jì)、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析直到生產(chǎn)準(zhǔn)備階段的沖模設(shè)計(jì)都在計(jì)算機(jī)中利用專門的或通用的軟件進(jìn)行。車身開發(fā)中采用CAD/CAM技術(shù)將會(huì)帶來傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：(1)提高了設(shè)計(jì)精度。造型一旦完成并建立了車身外表面的數(shù)學(xué)模型，存入數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)管理可以多方共享，為生產(chǎn)準(zhǔn)備、工裝模具設(shè)計(jì)制造提供方便、詳盡、準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)，消除了中間數(shù)據(jù)形式的多次轉(zhuǎn)換，使模具的加工精度大大提高。并可減少以至取消凹凸模之間的研配，使調(diào)試、修改的工作量大為減小。(2)縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)和制造周期。車身表面數(shù)學(xué)模型可以直接用來進(jìn)行沖模設(shè)計(jì)，以提高沖模設(shè)計(jì)成功率。另外，模具的加工直接引用CAD的結(jié)果，大大提高了模具制造的效率。當(dāng)然由于取消了兩次油泥模型、主模型以及工藝模型的制作過程，也使人力、物力和時(shí)間大為節(jié)約。(3)減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境和勞動(dòng)條件。(4)可以很方便地將造型設(shè)計(jì)結(jié)果用于強(qiáng)度、剛度有限元分析計(jì)算以及碰撞安全性分析，也可以比較方便地對(duì)所設(shè)計(jì)車型進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)模擬。這樣使得初始設(shè)計(jì)的可信度大為提高。在此基礎(chǔ)上一般只要試制一輪樣車作為驗(yàn)證，產(chǎn)品即可定型投產(chǎn)。(5)設(shè)計(jì)修改以及在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的改型和更換型號(hào)比較簡(jiǎn)便。隨著WAVE技術(shù)的出現(xiàn)，使并行工程（concurrentengineering,CE）和自頂向下的工程(Top-DownDesign)得以實(shí)現(xiàn)。通過WAVE技術(shù)不僅使同一工作層的聯(lián)系更加緊密，同時(shí)它還能約束上下層關(guān)系，確保下層零件的修改不會(huì)影響上層的總體結(jié)構(gòu)。更為重要的是，WAVE能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品級(jí)的相關(guān)結(jié)構(gòu)自動(dòng)修改。這樣，你在對(duì)產(chǎn)品中某一零件進(jìn)行修改時(shí)就無需考慮對(duì)其他零件所造成的影響了，從而大大地提高了設(shè)計(jì)的效率，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。據(jù)通用公司統(tǒng)計(jì)，該公司運(yùn)用了WAVE技術(shù)后對(duì)整車進(jìn)行一次修改時(shí)間只需40分鐘左右，這在過去是不可想象的。同時(shí)，還避免了過去由于人為原因所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。2.2軟件的選擇在本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的研究過程中，車身造型的建模無疑是重中之重，也是最大的難點(diǎn)之一。因此在開始建模之前，充分的準(zhǔn)備是必須的?，F(xiàn)有的主流三維建模軟件大致有UG、CATIA和Pro/E等，軟件的選擇自然成為了第一步需要完成的工作?；诒救藢?duì)于UG有所了解，本論文在建模過程中選擇了UG軟件。2.3UG簡(jiǎn)介UG(Unigraphics)是EDS公司推出的一套集CAD/CAM/CAE的于一體的三維參數(shù)化軟件，具有強(qiáng)大的建模、分析和加工功能。其建模技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)建模和參數(shù)化建模的優(yōu)點(diǎn)，采用尺寸驅(qū)動(dòng)技術(shù)，具有全相關(guān)的參數(shù)化功能，是一種“復(fù)合建?！惫ぞ摺?yīng)用UG的建模功能，設(shè)計(jì)工程師可快速進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，交互建立和編輯各種復(fù)雜的零部件模型。根據(jù)已建立的三維零件模型，UG的各種應(yīng)用功能既可對(duì)模型進(jìn)行裝配操作、創(chuàng)建二維工程圖；也可對(duì)模型進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和有限元分析，進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估和優(yōu)化；同時(shí)，還可根據(jù)模型設(shè)計(jì)工裝夾具，進(jìn)行加工處理，直接生成數(shù)控程序，用于產(chǎn)品的加工。UG在航空航天、汽車、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其它高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。例如在輔助實(shí)體造型方面，UG軟件具有除同類軟件所具備的通用功能外、還具有靈活的復(fù)合建模、細(xì)膩的動(dòng)畫渲染和快速的原型工具等卓越的功能，使設(shè)計(jì)者能根據(jù)工程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況確定最佳的建模方式，從而得到最佳的設(shè)計(jì)效果。應(yīng)用UG的建模功能，設(shè)計(jì)師可快速進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，交互建立和編輯各種應(yīng)用復(fù)雜的零部件模型。根據(jù)已建立的三維零件模型，UG的各種應(yīng)用功能既可對(duì)模型進(jìn)行裝配操作、創(chuàng)建二維工程圖；也可以對(duì)模型進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和有限元分析，進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估和優(yōu)化；同時(shí)也可以根據(jù)模型設(shè)計(jì)工裝夾具、進(jìn)行加工處理，直接生成數(shù)控程序，用于產(chǎn)品的加工。從V13.0開始,應(yīng)GM公司車身設(shè)計(jì)要求而開發(fā)WAVE(What-ifAlternativeValueEngineering),以解決車身設(shè)計(jì)“牽一發(fā)而系全身”的難題,極大地減少了設(shè)計(jì)人員重復(fù)設(shè)計(jì)的浪費(fèi),并為縮短設(shè)計(jì)周期創(chuàng)造條件,使車身設(shè)計(jì)從原來的三年縮短到現(xiàn)在的十二個(gè)月。由于UG軟件本身的這些優(yōu)勢(shì)使它普遍的運(yùn)用于汽車的設(shè)計(jì)過程中。采用WAVE技術(shù)，當(dāng)某個(gè)總體參數(shù)改變后，產(chǎn)品會(huì)按照原來設(shè)定的控制結(jié)構(gòu)、幾何關(guān)聯(lián)性和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，自動(dòng)地更新產(chǎn)品系統(tǒng)中每一個(gè)需要改變的零件，并確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖和整體性。這樣的更新是快速而準(zhǔn)確的。2.4UG在車身造型中的應(yīng)用汽車車身造型設(shè)計(jì)的一般流程是：效果圖設(shè)計(jì)-制作1／5實(shí)體模型一對(duì)模型進(jìn)行修改審定-制作1／1實(shí)體模型一對(duì)模型進(jìn)行精確測(cè)量-利用CAD技術(shù)建立三維數(shù)字模型。在過去，由于受測(cè)試技術(shù)和測(cè)試設(shè)備的限制，模型測(cè)試工作不僅復(fù)雜費(fèi)時(shí)，而且要想測(cè)準(zhǔn)卻非常不容易。近些年，非接觸三維掃描測(cè)試技術(shù)的發(fā)展很好地解決了復(fù)雜表面(如汽車車身表面)的測(cè)試問題。但由于點(diǎn)云密集，數(shù)據(jù)量十分龐大，用CAD技術(shù)較難解決對(duì)點(diǎn)云的處理及曲面再造工作。為此就誕生了一些曲面再造軟件，如Surfacer、ICEM、CopyCAD、RapidForm等。這類軟件的共同特點(diǎn)是：點(diǎn)、面轉(zhuǎn)換功能十分強(qiáng)大，但實(shí)體設(shè)計(jì)功能卻遠(yuǎn)不如UG、Pro／E等。由此可見，利用非接觸三維掃描技術(shù)進(jìn)行汽車車身造型設(shè)計(jì)常用且有效的方法是：先用Surfacer或Rapid-Form等軟件將點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為曲面，再用UG或Pro／E將其轉(zhuǎn)換成三維實(shí)體。然而，上述軟件的價(jià)格均較貴，國(guó)內(nèi)的中小型企業(yè)往往缺少購(gòu)買兩種軟件的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，他們希望僅用UG或Pro／E就能解決點(diǎn)、面轉(zhuǎn)換及三維實(shí)體設(shè)計(jì)工作。2.4.1數(shù)據(jù)點(diǎn)的除噪和稀疏處理在非接觸三維掃描測(cè)量過程中，受人為及干擾等多種因素的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些誤差較大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即噪聲點(diǎn)。為此需對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行除噪處理，常用的除噪處理方法有直觀檢查法、曲線檢查法和弦高差方法等，其中弦高差方法較適用于點(diǎn)云密集、曲面曲率變化大的場(chǎng)合。點(diǎn)云除噪后，就應(yīng)對(duì)其進(jìn)行稀疏處理。這是因?yàn)榉墙佑|三維掃描測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)十分密集，在1m×1m的范圍內(nèi)有數(shù)十萬個(gè)點(diǎn)，若將其直接導(dǎo)入U(xiǎn)G內(nèi)進(jìn)行處理不僅困難，而且對(duì)于普通微機(jī)有時(shí)甚至不可能。為解決這一問題，需對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)，即稀疏處理。不同類型的點(diǎn)云應(yīng)采用不同的稀疏處理方式；對(duì)于散亂點(diǎn)云常采用隨機(jī)采樣方式；對(duì)于掃描線點(diǎn)云和多邊形點(diǎn)云可采用等間距、倍率、等量及弦偏差等方式．此外均勻網(wǎng)格法與非均勻網(wǎng)格法也常用于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的稀疏處理。由于均勻網(wǎng)格法只是均勻地選中其中的部分點(diǎn)，而不考慮被測(cè)物體的表面形狀特征，因此僅適合于簡(jiǎn)單零件表面的快速處理。與之相反，非均勻網(wǎng)格法可以根據(jù)被測(cè)工程部件外部形狀特征的實(shí)際需要來確定網(wǎng)格的疏密，因此它可在保證后繼曲面構(gòu)建精度的前提下減少數(shù)據(jù)量，在處理尺寸變化大的復(fù)雜形體(如汽車車身)方面顯得十分有效。2.4.2由點(diǎn)云構(gòu)建曲線構(gòu)建曲線是利用UG進(jìn)行車身造型設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的一步，曲線構(gòu)建的好壞直接影響車身造型設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平。因此，在構(gòu)建曲線前應(yīng)對(duì)車身模型的總體風(fēng)格及每一個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真分析，將所測(cè)得的點(diǎn)云進(jìn)行分類和合理的規(guī)劃，以確定哪些點(diǎn)該連，哪些點(diǎn)不該連。在構(gòu)建曲線時(shí)，應(yīng)先連特征線點(diǎn)，后連剖面點(diǎn)，連線的誤差應(yīng)控制在0．4mm以下。曲線的類型有直線、圓弧線、樣條線(spline)等多種，最常用的是樣條線。一般選用“throughpoint”方式，階次多為3階。盡管階次越高精度會(huì)越好，但當(dāng)階次超過3次后，階次的提高對(duì)精度的影響已很小，繼續(xù)提高階次不僅沒有意義，而且隨著階次的提高柔軟性會(huì)越來越差(即變形困難)，后續(xù)處理速度慢，數(shù)據(jù)交換困難。模型表面不夠光滑及測(cè)量誤差都會(huì)影響到最終的設(shè)計(jì)質(zhì)量，為此需對(duì)連成的樣條線進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整樣條線常用的方法是EditSpline．Editpole選項(xiàng)中有移動(dòng)、添加控制點(diǎn)和控制極點(diǎn)沿某個(gè)方向移動(dòng)等多種功能，可方便地對(duì)樣條進(jìn)行編輯。此外曲線的斷開(divide)、橋接(bridge)和光順(SmoothSpline)也是經(jīng)常用到的工具?？傊?，在構(gòu)建曲面之前需要大量的調(diào)線工作，調(diào)線時(shí)可以用曲率梳對(duì)其分析以保證曲線的質(zhì)量。2.4.3構(gòu)建曲面汽車車身是一種形體復(fù)雜、表面面積大、表面質(zhì)量要求高的多曲面組合形體，若將所測(cè)得整個(gè)車身的點(diǎn)云數(shù)據(jù)一起拿來構(gòu)建車身表面，不僅操作起來困難、復(fù)雜，而且還可能會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)量太大使UG無法正常運(yùn)行。因此，構(gòu)建曲面時(shí)不可能將整個(gè)車身的外表面一次構(gòu)建完成，需根據(jù)車身表面的外部特征將其分成若干個(gè)小曲面。各小曲面構(gòu)建完成后，再將其縫合成一個(gè)完整的車身整體。曲面縫合時(shí)應(yīng)特別注意面和面之間的相切連續(xù)或曲率連續(xù)，如此縫合后的曲面才不會(huì)有不光順的縫合痕跡，就像一個(gè)完整的曲面。此外在構(gòu)面時(shí)還要根據(jù)具體情況選擇合適的構(gòu)面方法，使之滿足車身表面流暢和光順的基本要求。(1)構(gòu)建曲面的方法曲面構(gòu)建方法有Thoughcurvemesh、Thoughcurveshe和nxn，最常用的是Thoughcurvemesh，它可以保證曲面邊界曲率的連續(xù)性，并控制四周邊界曲率(相切)，而Thoughcurves只能保證兩邊曲率。nxn命令用得也較多，它不僅可以動(dòng)態(tài)顯示正在創(chuàng)建的曲面，而且還可以隨時(shí)增減定義曲線串，曲面也隨之改變。同樣它也可以保持與相鄰面的GO、G1、G2連續(xù)。在構(gòu)建曲面時(shí)，有時(shí)會(huì)遇到構(gòu)建三邊或者五邊曲面的情況。對(duì)于三邊曲面，常用的方法是再做一條曲線把三邊轉(zhuǎn)化為四邊；對(duì)于五邊曲面，則是將邊界線延伸，把五邊變成四邊形邊界。其中在曲面上做樣條線(curveonsurface)和修剪(trim)是常用到的兩個(gè)命令。當(dāng)今汽車最重要的特征是左右完全對(duì)稱，為了保證設(shè)計(jì)出來的汽車車身符合這一要求，最有效的方法是只取汽車車身左半部或右半部的測(cè)量數(shù)據(jù)來構(gòu)建曲面，然后做鏡像處理。鏡像的結(jié)果可能會(huì)在左右對(duì)稱的中心面處出現(xiàn)曲面曲率不連續(xù)即不光順的現(xiàn)象。解決此問題的方法是，先把曲面曲率不連續(xù)的部分剪切掉，然后做過渡曲面進(jìn)行橋接。在做一個(gè)單張且比較平坦的曲面時(shí)，直接用點(diǎn)云構(gòu)面(frompointcloud)更方便更準(zhǔn)確。(2)構(gòu)建曲面應(yīng)注意的問題構(gòu)建曲面最主要的是抓住樣件的特征，還要注意簡(jiǎn)潔。曲面要盡量做得大一些，張數(shù)不要太多，合理地進(jìn)行曲面分割會(huì)提高建模的效率。在構(gòu)建曲面的過程中，有時(shí)需加連一些線條。連線和構(gòu)面要經(jīng)常交替進(jìn)行，曲面建成后，要檢查曲面的誤差，測(cè)點(diǎn)到曲面的誤差不應(yīng)超過1mm。構(gòu)建曲面的階次一般推薦為3次。階次越高，片體越“剛硬”，曲面偏離極點(diǎn)亦較遠(yuǎn)，在極點(diǎn)編輯曲面時(shí)很不方便；階次低有利于后繼的增加圓角、斜度和增厚等的處理，以及下一步的編程加工，以提高后續(xù)生成數(shù)控加工刀軌的速度。2.4.4構(gòu)建實(shí)體曲面構(gòu)建完成后，就要構(gòu)建實(shí)體數(shù)字模型。當(dāng)模型比較簡(jiǎn)單曲率變化不大時(shí)，把它們縫合成一個(gè)整體再用增厚指令就可完成。但對(duì)于汽車車身而言，由于曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜且變化大，因此在大多數(shù)情況下用上述方法無法完成實(shí)體數(shù)模構(gòu)建工作。當(dāng)然，補(bǔ)充一個(gè)車身底部曲面使之成為一個(gè)封閉的片體，是可以將其做成一個(gè)實(shí)體的。但由于汽車車身底部曲面曲率的變化較大，此種構(gòu)建實(shí)體的方法往往實(shí)現(xiàn)不了抽殼命令。因此對(duì)于汽車車身而言，較為有效的方法是：先偏值外表面的各個(gè)片體，然后把內(nèi)外表面的橫截面構(gòu)建出來，再將橫截面和內(nèi)外表面縫合起來使之成為封閉的片體，便可實(shí)現(xiàn)實(shí)體的自動(dòng)轉(zhuǎn)化。(1)曲面的偏值在此需指出的是，并非任何曲面都可以偏值成功。不能實(shí)現(xiàn)偏值的原因一般有以下幾種：曲面的曲率太大，基本曲面有法線突變的情況。偏值距離太大，偏值后的相交會(huì)導(dǎo)致偏值失敗。減小偏值距離便可實(shí)現(xiàn)偏值。被偏值曲面的品質(zhì)不好，如局部有波紋等，解決的方法只能是修改好曲面后再作偏值。有一些曲面看起來很好，但卻不能實(shí)現(xiàn)偏值，遇到這種情況用ExtractGeometry構(gòu)成B曲面后再作偏值，多會(huì)成功。(2)曲面的縫合偏值后的曲面有的需要裁剪，有的還需要補(bǔ)面，用各種曲面編輯手段完成內(nèi)表面的構(gòu)建，然后縫合內(nèi)表面和外表面。在縫合的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到縫合失敗的現(xiàn)象，一般有下列幾種可能：一次縫合了太多的片體。通常每次應(yīng)只縫合少數(shù)幾個(gè)片體，整個(gè)車身需經(jīng)多次縫合才能完成。縫合公差小于兩個(gè)被縫合曲面的相鄰邊之間的距離。其解決方法是適當(dāng)加大縫合公差后再作縫合。兩個(gè)表面邊緣形狀不匹配，延伸后仍不能交匯在一起。對(duì)于這種情況，可以嘗試用如下方法來解決：如果片體不是B曲面，則先使用ExtractGeometry將片體轉(zhuǎn)化為B曲面，然后將其與對(duì)應(yīng)的另一片體進(jìn)行縫合。邊緣上有難以察覺的微小畸形或其他幾何缺陷，對(duì)此應(yīng)進(jìn)行局部放大，檢查并消除幾何缺陷后再作縫合。(3)縫合的有效性有的片體在縫合完后將其放大會(huì)看到有亮顯點(diǎn)或亮顯線，甚至還會(huì)看到逢隙。在這種情況下若執(zhí)行縫合命令，計(jì)算機(jī)有時(shí)也不會(huì)給出錯(cuò)誤提示，看似縫合成功，其實(shí)未必。因此，在縫合完成后，一定要立即檢查縫合的有效性．若在被縫合的片體之間的縫合線上出現(xiàn)亮顯點(diǎn)或亮顯線，則意味著此處沒有縫合好，必須取消縫合操作，重新縫合，否則將為后面的實(shí)體建模工作帶來困難．如果僅外周邊亮顯，則縫合是成功的。(4)生成實(shí)體把內(nèi)外表面和橫截面縫合起來構(gòu)成一個(gè)閉合的片體，則片體自動(dòng)轉(zhuǎn)化為實(shí)體。2.5白車身的構(gòu)建在設(shè)計(jì)過程中，首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的技術(shù)指標(biāo)完成一個(gè)白車身的整體的模型，新建一個(gè)文件命名為car。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的設(shè)計(jì)參數(shù)確定數(shù)個(gè)定位基準(zhǔn)平面（如圖2.1所示）。圖2.1確定車身設(shè)計(jì)參數(shù)的定位基準(zhǔn)平面2.5.1前臉部曲面制作(1）以Y方向,Z正向的3個(gè)基準(zhǔn)平面分別建立草圖Sketch，分別在草圖上用Splinebypoints畫樣條，并加以約束、調(diào)整。(2）使用ThroughCurves連接3條樣條，生成車首曲面。（如圖2.2所示）圖2.2前臉部曲面2.5.2車身側(cè)面板曲面的制作(1）以X方向,Z正向的2個(gè)基準(zhǔn)平面分別建立草圖Sketch，分別在草圖上用Splinebypoints畫樣條，并加以約束、調(diào)整。(2）使用ThroughCurves連接2條樣條。（圖2.3所示）圖2.3側(cè)面板曲面2.5.3車頂面板曲面的制作(1）以X方向,Y正向的2個(gè)基準(zhǔn)平面分別建立草圖Sketch，分別在草圖上用Splinebypoints畫樣條5條，并加以約束、調(diào)整。(2）使用ThroughCurves連接5條樣條，生成車頂面板。（圖2.4所示）圖2.4上頂面曲面2.5.4車尾部曲面的制作(1）以Z方向,Y正向的2個(gè)基準(zhǔn)平面分別建立草圖Sketch，分別在草圖上用Splinebypoints畫樣條3條，并加以約束、調(diào)整。(2）使用ThroughCurves連接3條樣條，生成車尾。（如圖2.5所示）圖2.5后尾曲面2.5.5各個(gè)面倒圓角(1)選擇各個(gè)需要相互倒圓角的曲面，選擇對(duì)兩相交曲面倒圓角。（圖2.6所示）圖2.6各個(gè)面倒圓角橋接各個(gè)曲面使用Bridge連接（如圖2.7所示）。圖2.7各個(gè)面倒圓角2.5.7片體的縫合及附件(1）使用Sew進(jìn)行各個(gè)片體之間的縫合。(2）在各個(gè)附件所對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)面上畫草圖，通過投影曲線Project在白車身上生成各個(gè)附件以及車門、車燈等,完成最終的車身建模。（如圖2.8所示）圖2.8完成后車身2.5.8保存文件為了進(jìn)一步分析車身的氣動(dòng)阻力,需要將其在GAMBIT中網(wǎng)格化并定義其邊界條件，故需截取車身對(duì)稱面上的外形輪廓（圖2.9所示）并以IGS的文件格式導(dǎo)出。圖2.9車身對(duì)稱面上的外廓3Gambit網(wǎng)格劃分3.1Gambit簡(jiǎn)介Gambit是面向CFD分析的高質(zhì)量的前處理器，其主要功能包括幾何建模和網(wǎng)格生成。由于GAMBIT本身所具有的強(qiáng)大功能，以及快速的更新，在目前所有的CFD前處理軟件中，GAMBIT穩(wěn)居上游。Gambit軟件具有以下特點(diǎn)：

（1）ACIS內(nèi)核基礎(chǔ)上的全面三維幾何建模能力，通過多種方式直接建立點(diǎn)、線、面、體，而且具有強(qiáng)大的布爾運(yùn)算能力，ACIS內(nèi)核已提高為ACISR12。該功能大大領(lǐng)先于其它CAE軟件的前處理器；

（2）可對(duì)自動(dòng)生成的Journal文件進(jìn)行編輯，以自動(dòng)控制修改或生成新幾何與網(wǎng)格；

（3）可以導(dǎo)入PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN等大多數(shù)CAD/CAE軟件所建立的幾何和網(wǎng)格。導(dǎo)入過程新增自動(dòng)公差修補(bǔ)幾何功能，以保證GAMBIT與CAD軟件接口的穩(wěn)定性和保真性，使得幾何質(zhì)量高，并大大減輕工程師的工作量；

（4）新增PRO/E、CATIA等直接接口，使得導(dǎo)入過程更加直接和方便；

（5）強(qiáng)大的幾何修正功能，在導(dǎo)入幾何時(shí)會(huì)自動(dòng)合并重合的點(diǎn)、線、面；新增幾何修正工具條，在消除短邊、縫合缺口、修補(bǔ)尖角、去除小面、去除單獨(dú)輔助線和修補(bǔ)倒角時(shí)更加快速、自動(dòng)、靈活，而且準(zhǔn)確保證幾何體的精度；

（6）G/TURBO模塊可以準(zhǔn)確而高效的生成旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的各種風(fēng)扇以及轉(zhuǎn)子、定子等的幾何模型和計(jì)算網(wǎng)格；

（7）強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力，可以劃分包括邊界層等CFD特殊要求的高質(zhì)量網(wǎng)格。GAMBIT中專用的網(wǎng)格劃分算法可以保證在復(fù)雜的幾何區(qū)域內(nèi)直接劃分出高質(zhì)量的四面體、六面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格；

（8）先進(jìn)的六面體核心(HEXCORE)技術(shù)是GAMBIT所獨(dú)有的，集成了笛卡爾網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)，使用該技術(shù)劃分網(wǎng)格時(shí)更加容易，而且大大節(jié)省網(wǎng)格數(shù)量、提高網(wǎng)格質(zhì)量。（9）居于行業(yè)領(lǐng)先地位的尺寸函數(shù)（Sizefunction）功能可使用戶能自主控制網(wǎng)格的生成過程以及在空間上的分布規(guī)律，使得網(wǎng)格的過渡與分布更加合理，最大限度地滿足CFD分析的需要；

（10）GAMBIT可高度智能化地選擇網(wǎng)格劃分方法，可對(duì)極其復(fù)雜的幾何區(qū)域劃分出與相鄰區(qū)域網(wǎng)格連續(xù)的完全非結(jié)構(gòu)化的混合網(wǎng)格；

（11）新版本中增加了新的附面層網(wǎng)格生成器，可以方便地生成高質(zhì)量的附面層網(wǎng)格；

（12）可為FLUENT、POLYFLOW、FIDAP、ANSYS等解算器生成和導(dǎo)出所需要的網(wǎng)格和格式。3.2Gambit對(duì)車身網(wǎng)格的劃分3.2.1將車身對(duì)稱面的外輪廓導(dǎo)入Gambit中如圖(3.1所示)圖3.1導(dǎo)入Gambit中的車身輪廓3.2.2自動(dòng)連接所有副邊導(dǎo)入的幾何結(jié)構(gòu)仍然是“不清晰的”－也就是說，在表面之間還存在一些縫隙使其仍不適于網(wǎng)格生成。在這一步里，要利用GAMBIT的工具對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理。用自動(dòng)方法連接幾何結(jié)構(gòu)里小于規(guī)定容許距離的所有的邊。GEOMETRY->EDGE->CONNECT/DISCONNECTEDGES->打開ConnectEdges圖框。（1）選中Edges右邊的選項(xiàng)菜單里的All。（2）選中RealandVirtual(Tolerance)選項(xiàng)。你想要GAMBIT連接所有距離在容許范圍之內(nèi)的實(shí)邊和虛邊。（3）為ShortestEdge鍵入一個(gè)值10然后回車。ConnectEdges圖框中的Tolerance的值將被更新。（4）選中T-Junctions選項(xiàng)。這個(gè)選項(xiàng)確保了那些沒有準(zhǔn)確搭配的邊能夠被連接起來。GAMBIT將執(zhí)行邊分離并重新連接該幾何結(jié)構(gòu)。（5）點(diǎn)擊Apply鍵。（如圖3.2所示）圖3.2自動(dòng)連接后的輪廓3.2.3自動(dòng)生成面自動(dòng)生成一個(gè)面GEOMETRY->FACE->->FORMFACE打開CreateFaceFromWireframe圖框。（1）按住Shift選擇所有輪廓曲線。（2）選中Type選項(xiàng)中的Virtual。（3）點(diǎn)擊Apply鍵。（如圖3.3所示）圖3.3生成面后的圖像3.2.4圍著車體生成一個(gè)方框圍繞車身輪廓生成一個(gè)方框。GEOMETRY->FACE->CREATEFACE->打開GreatRealRectangular圖框。（1）給方框輸入一個(gè)Width值20000。（2）輸入Height值10000。（3）點(diǎn)擊Apply。(如圖3.4所示)圖3.4生成方框后的圖像3.2.5移動(dòng)方框移動(dòng)方框，使車身輪廓移動(dòng)至方框中心。GEOMETRY->FACE->MOVE/COPY/ALIGNFACES->打開Move/CopyFaces圖框。（1）按Shift點(diǎn)中方框。（2）在移動(dòng)方框坐標(biāo)軸中輸入X方向上移動(dòng)2500。（3）在Y方向上移動(dòng)5300。（4）點(diǎn)擊Apply。(如圖3.5所示)圖3.5移動(dòng)方框后的圖像3.2.6在對(duì)稱面上生成直邊在這一步里，將生成兩條直邊，用于下一步里生成對(duì)稱面上的表面。把對(duì)稱面的底邊分成三部分。GEOMETRY->EDGE->SPLIT/MERGEEDGES->打開SplitEdge圖框。（1）按住Shift選擇車頭下方框底部的點(diǎn)，點(diǎn)擊Apply。（2）同理，在車身尾部生成一點(diǎn)。（圖3.6所示）圖3.6在下部線上生成點(diǎn)后的圖像（1）GEOMETRY->EDGE->CREATEEDGE->打開CreateStraightEdge圖框。按住Shift選中車身保險(xiǎn)杠上的點(diǎn)和方框上新建的點(diǎn)，點(diǎn)擊Apply。（2）同理，連接車身后保險(xiǎn)杠上的點(diǎn)和方框上的點(diǎn)。（圖3.7所示）圖3.7生成線后的圖像3.2.7在方框上生成表面在這個(gè)步驟里，將通過接邊而生成兩個(gè)新的表面。通過接邊的方法在對(duì)稱面上生成一個(gè)新的表面。GEOMETRY->FACE->FORMFACE->打開CreateFaceFromWireframe圖框。（1）選定Type下的Virtual選項(xiàng)。必須用Virtual因?yàn)閷⒁x定的車體上的邊是虛擬的邊。（2）按shift點(diǎn)擊車體下面的邊，對(duì)稱面上的兩條小斜邊和對(duì)稱面底部的中線。（3）選定theCreateFaceFromWireframe圖框中的Host復(fù)選框。（4）從Host選項(xiàng)菜單中選中Face。（5）按shift點(diǎn)擊方框（最大表面）。（6）在Tolerance文本輸入框里鍵入0.001。這個(gè)誤差(0.001)必須小于或等于用于連接操作的容許誤差（7）點(diǎn)擊Apply以接受選定并生成面。（如圖3.8所示）（8）同理，生成車身上方的表面。（如圖3.9所示）圖3.8生成面后的圖像圖3.9生成第二個(gè)面后的圖像3.2.8劃分網(wǎng)格在方框表面網(wǎng)格粗些的網(wǎng)格為體劃分網(wǎng)格。MESH->FACE->MESHFACES->打開MeshFaces圖框。（1）在圖形窗口中的Face選中3個(gè)已建表面（不選擇最大的方框表面）。（2）在MeshFaces圖框中Scheme下邊的Elements選項(xiàng)菜單中選定Quad并從Type選項(xiàng)菜單中選中Pave,這樣生成的網(wǎng)格為四邊形網(wǎng)格。（3）在Spacing下邊的Intervalsize中輸入150，并點(diǎn)擊圖框底部的Apply鍵。這樣所生成的網(wǎng)格大小為150。(如圖3.10所示)圖3.10生成網(wǎng)格后的圖像3.2.9定義邊界條件在Fluent中需要進(jìn)行空氣流場(chǎng)分析（風(fēng)洞試驗(yàn)），故需要在Gambit中定義邊界。（1）選擇工具欄中的Solver，點(diǎn)擊FLUENT5/6。（2）按Shift點(diǎn)擊車身前方的邊框，將其定義為PRESSURE_INLET,即進(jìn)風(fēng)口的定義。（3）按Shift點(diǎn)擊車身后方的邊框，將其定義為PRESSURE_OUTLET,即出風(fēng)口的定義。（4）按Shift點(diǎn)擊車身輪廓以及下邊框，將其定義為WALL,即在風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)為墻，空氣將不能從其表面通過。（5）按Shift點(diǎn)擊車身上方的邊框，將其定義為SYMMETRY。按Shift點(diǎn)擊車身下方連接邊框的輛條線，將其定義為INTERIOR。最后結(jié)果（如圖3.11所示）。圖3.11定義好邊界條件后的圖像3.2.10導(dǎo)出mesh文件因?yàn)檫€要導(dǎo)入Fluent，進(jìn)行空氣流場(chǎng)分析，故要以MSH文件的格式導(dǎo)出。選擇File->Export->Mesh,選擇2D選項(xiàng)，并導(dǎo)出文件（如圖3.12所示）圖3.12導(dǎo)出文件4FLUENT分析4.1FLUENT軟件介紹FLUENT是目前國(guó)際上比較流行的商用CFD軟件包，在美國(guó)的市場(chǎng)占有率為60%。凡跟流體，熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法以及強(qiáng)大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計(jì)、石油天然氣、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。其在石油天然氣工業(yè)上的應(yīng)用包括：燃燒、井下分析、噴射控制、環(huán)境分析、油氣消散/聚積、多相流、管道流動(dòng)等等。

FLUENT的軟件設(shè)計(jì)基于CFD軟件群的思想，從用戶需求角度出發(fā)，針對(duì)各種復(fù)雜流動(dòng)的物理現(xiàn)象，F(xiàn)LUENT軟件采用不同的離散格式和數(shù)值方法，以期在特定的領(lǐng)域內(nèi)使計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳組合，從而高效率地解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問題?；谏鲜鏊枷耄現(xiàn)LUENT開發(fā)了適用于各個(gè)領(lǐng)域的流動(dòng)模擬軟件，這些軟件能夠模擬流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)和其它復(fù)雜的物理現(xiàn)象，軟件之間采用了統(tǒng)一的網(wǎng)格生成技術(shù)及共同的圖形界面，而各軟件之間的區(qū)別僅在于應(yīng)用的工業(yè)背景不同，因此大大方便了用戶。FLUENT是用于模擬具有復(fù)雜外形的流體流動(dòng)以及熱傳導(dǎo)的計(jì)算機(jī)程序。它提供了完全的網(wǎng)格靈活性，你可以使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，例如二維三角形或四邊形網(wǎng)格、三維四面體/六面體/金字塔形網(wǎng)格來解決具有復(fù)雜外形的流動(dòng)。甚至可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。它允許你根據(jù)解的具體情況對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修改（細(xì)化/粗化）。對(duì)于大梯度區(qū)域，如自由剪切層和邊界層，為了非常準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)流動(dòng)，解適應(yīng)網(wǎng)格是非常有用的。與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，這一特點(diǎn)很明顯地減少了產(chǎn)生“好”網(wǎng)格所需要的時(shí)間。對(duì)于給定精度，解適應(yīng)精煉方法（solution-adaptiverefinement）使網(wǎng)格精煉方法變得很簡(jiǎn)單，并且減少了計(jì)算量。其原因在于：網(wǎng)格精煉僅限于那些需要更多網(wǎng)格解的區(qū)域。FLUENT是用C語(yǔ)言寫的，因此具有很大的靈活性與能力。因此，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，高效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，靈活的解控制都是可能的。除此之外，為了高效的執(zhí)行，交互的控制，以及靈活的適應(yīng)各種機(jī)器與操作系統(tǒng)，F(xiàn)LUENT使用client/server結(jié)構(gòu)，因此它允許同時(shí)在用戶桌面工作站和強(qiáng)有力的服務(wù)器上分離地運(yùn)行程序。在FLUENT中，解的計(jì)算與顯示可以通過交互界面，菜單界面來完成。用戶界面是通過Scheme語(yǔ)言及LISPdialect寫就的。高級(jí)用戶可以通過寫菜單宏及菜單函數(shù)自定義及優(yōu)化界面。4.2FLUENT計(jì)算及分析4.2.1打開軟件在車速為60km/h(16.67m/s)下分析，打開FLUENT軟件，彈出（圖4.1所示）對(duì)話框，選擇2d解算器，點(diǎn)擊run運(yùn)行fluent軟件。圖4.1運(yùn)行fluent軟件4.2.2選擇解的格式點(diǎn)擊菜單Define/Models/Solver..彈出(圖4.2所示)，選擇所需要的格式即可。圖4.2解算器控制面板4.2.3讀入網(wǎng)格（如圖4.3所示)方法導(dǎo)入mesh文件。FLUENT在讀網(wǎng)格的過程中會(huì)在控制臺(tái)窗口顯示進(jìn)程。圖4.3讀入網(wǎng)格4.2.4檢查網(wǎng)格讀入網(wǎng)格之后要檢查網(wǎng)格：菜單Grid/Check。在檢查過程中，你可以在控制臺(tái)窗口中看到區(qū)域范圍，體積統(tǒng)計(jì)以及連通性信息。4.2.5顯示網(wǎng)格在GridDisplay面板（如圖4.4所示）點(diǎn)擊Display按鈕便會(huì)打開圖形顯示窗口并畫出網(wǎng)格（如圖4.5所示）。4.4網(wǎng)格顯示面板4.5默認(rèn)視角的網(wǎng)格顯示4.2.6定義物理模型FLUENT中默認(rèn)物理模型是層流流動(dòng)，本例是層流，不需修改模型的設(shè)定。如果你需要修改物理模型，則需要Define/Models子菜單中的粘性模型面板以及其它面板。指定流體物理性質(zhì)選擇菜單：Define/Materials...得到如（如圖4.6所示）對(duì)話框。圖4.6材料控制面板4.2.7指定邊界條件設(shè)定邊界條件的數(shù)值與類型，使用菜單Define/BoundaryConditions...得到（如圖4.7所示）。圖4.7邊界條件面板設(shè)定邊界條件，首先在區(qū)域列表中選擇，然后在類型列表中修改該區(qū)域的類型，確定完類型之后就可以點(diǎn)擊Set...按鈕。本題中進(jìn)風(fēng)口速度定義更改為16.67m/s，輸入數(shù)值后，點(diǎn)擊OK保存設(shè)定。（如圖4.8所示）圖4.8定義進(jìn)風(fēng)速度4.2.8調(diào)整解的控制在Solve/Controls子菜單中打開的面板里，你可以改變壓松弛因子、多網(wǎng)格參數(shù)以及其它流動(dòng)參數(shù)的默認(rèn)值。激活殘數(shù)圖（ResidualPlotting）：點(diǎn)擊菜單Solve/Monitors/Residual...，在選項(xiàng)中，打開Plot選項(xiàng)激活殘數(shù)圖形，然后點(diǎn)擊OK，從而可以在計(jì)算過程中查看殘差。（如圖4.9所示）圖4.9殘差監(jiān)測(cè)面板4.2.9流場(chǎng)初始化迭代之前你需要初始化流場(chǎng)提供一個(gè)初始解。你可以從一個(gè)或多個(gè)邊界條件算出初始解，也可以分別輸入流場(chǎng)的數(shù)值，相應(yīng)菜單為Solve/Initialize/Initialize...，點(diǎn)擊得到（如圖4.10所示）。設(shè)定X方向速度為16.67，點(diǎn)擊Init按鈕，關(guān)閉面板。

圖4.10解的初始化面板4.2.10計(jì)算現(xiàn)在可以迭代了，選擇Solve/Iterate...菜單，打開(如圖4.11所示)。4.11迭代面板在迭代按鈕處的對(duì)話框中輸入100，表示迭代100步，間隔報(bào)告數(shù)中輸入10，得到(如圖4.12所示)。4.12迭代之后收斂的殘差圖檢查流場(chǎng)，看它怎么發(fā)展。打開Display/VelocityVectors..菜單，彈出下面的速度矢量面板（如圖4.13所示）。4.13速度矢量圖板此面板內(nèi)的默認(rèn)設(shè)定將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由速度大小標(biāo)記顏色的矢量圖，點(diǎn)擊Display按鈕得到（如圖4.14所示）。圖4.14100步迭代后的速度矢量4.2.11檢查結(jié)果，畫等值線前面畫過了速度矢量圖，現(xiàn)在在Display->Contours...中打開等值線面板如（如圖4.15所示）。圖4.15等值線面板在上面的“ContoursOf”下拉菜單中選擇Velocity...然后選擇StreamFunction，將等值線的Levels設(shè)為20點(diǎn)擊Display按鈕，顯示結(jié)果（如圖4.16所示）。圖4.16流函數(shù)等值線4.2.12計(jì)算氣動(dòng)阻力系數(shù)打開壓力線的坐標(biāo)輸入面板，菜單Surface->Link/Rake...,打開Link/RakeSurface圖框（如圖4.17所示），選中LineTool，在EndPoint欄中分別輸入X0=-500和5000,X1=-500和5000,Y0=0,Y1=10000,在車頭前部和車尾后部建立2條壓力線。圖4.17壓力線的坐標(biāo)輸入面板在上面的“Report”下拉菜單中選擇Surfaceintegrals.在ReportType中選擇Area-WeightedAverage，再選擇line-11和line-12，點(diǎn)擊Compute,（如圖4.18所示）計(jì)算壓力值。顯示如(如圖4.19所示)圖4.19計(jì)算壓力值圖4.19顯示壓力值按公式（4.1）計(jì)算，結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位?！?4.1)CD氣動(dòng)阻力系數(shù)。空氣密度。汽車與空氣相對(duì)速度，也稱來流速度。ΔP空氣流過車身前后的壓力差根據(jù)公式(4.1)計(jì)算氣動(dòng)阻力系數(shù)。4.2.13100km/h條件下分析在車速為100km/h(27.78m/s)下再次分析氣動(dòng)阻力系數(shù)，步驟同上。求得壓力值如（如圖4.20所示）圖4.20顯示壓力值根據(jù)公式(4.1)計(jì)算氣動(dòng)阻力系數(shù)5改進(jìn)設(shè)計(jì)在FLUENT中通過計(jì)算，可以看到車體上部近前臉的部位顏色較深，為深紅色，此處風(fēng)速較大，對(duì)于車身來說此處的流線型不是很理想，故對(duì)此處改進(jìn)。5.1車身模型的改進(jìn)在UG中對(duì)車身改進(jìn)圖如（如圖5.1所示）圖5.1改進(jìn)后車身輪廓5.2導(dǎo)入gambit后重新生成網(wǎng)格和定義邊界條件Gambit最后做好的(如圖5.2所示)圖5.2改進(jìn)后車身網(wǎng)格及定義5.3導(dǎo)入FLUENT重新分析流體在FLUENT中重新迭代100次后生成的殘差圖（如圖5.3所示）。及100步迭代后的速度矢量圖（如圖5.4所示）。圖5.3改進(jìn)后迭代100次后生成的殘差圖圖5.4100步迭代后的速度矢量圖在FLUENT中重新計(jì)算進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的壓力值。顯示值如(如圖5.5所示)。圖5.5改進(jìn)后顯示壓力值根據(jù)公式(4.1)計(jì)算氣動(dòng)阻力系數(shù)在車速為100km/h(27.78m/s)下再次分析氣動(dòng)阻力系數(shù)，步驟同上。求得壓力值如（如圖5.6所示）。圖5.6改進(jìn)后顯示壓力值根據(jù)公式(4.1)計(jì)算氣動(dòng)阻力系數(shù)6結(jié)論本文中的設(shè)計(jì)改進(jìn)只是作為一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例，通過車身設(shè)計(jì)及改進(jìn)后氣動(dòng)阻力系數(shù)從原來的0.44減小到0.38，達(dá)到了改進(jìn)的目的，優(yōu)化了車身空氣動(dòng)力性。參考文獻(xiàn)[1]黃天澤.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.10[2]黃天澤.汽車造型設(shè)計(jì)中的美學(xué)演變[J].中國(guó)機(jī)電工業(yè)，2001(11):30～31[3]夏天.現(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)特征初探[J].設(shè)計(jì)與計(jì)算，1995(5):25～29[4]劉樹富，崔鳳香，劉美芳.百年汽車回顧[J].重型汽車，1999(3):39～40[5]李軍，鄧曉剛.空氣動(dòng)力學(xué)與汽車造型[J].渝洲大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(9):46～48[6]程魁玉.現(xiàn)代汽車造型的發(fā)展趨勢(shì)汽車科技與產(chǎn)業(yè)[J].汽車產(chǎn)業(yè)，1997(3):13～14[7]龔微寒.汽車現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造[M].北京：人民交通出版社.1999.10[8]樂玉漢.轎車車身設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2000：50～60[9]余志生.汽車?yán)碚揫M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.10[10]吳亞良.現(xiàn)代轎車車身設(shè)計(jì)[M].上海：上?？萍技夹g(shù)出版社，1999.3[11]谷正氣.轎車車身[M].北京：人民交通出版社，2002.10[12]方正.UG對(duì)制造業(yè)對(duì)新貢獻(xiàn)與新發(fā)展.UG用戶通訊[J].1999（1）[13]趙波，龔勉.輕型客車車身CAD[J].上海汽車.2000，5[14]孫曉勤.在電子設(shè)備機(jī)柜總體設(shè)計(jì)中應(yīng)用WAVE.CAD/CAM/CAE/PDM技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新[J].南京：東南大學(xué)出版社，2000[15]龔勉.UG自由形狀特征建模培訓(xùn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.1[16]趙波，龔勉，浦維達(dá).UGCAD實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.7[17]洪如瑾.UGWAVE產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)培訓(xùn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.6[18]趙波，龔勉等.UGCAD應(yīng)用案例集（NX版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.4[19]UnigraphicsSolutionInc.UGDocument[M].USA2001.[20]HeinzHeisler.AdvancedVehicleTechnology[M].SecondEdition.BH,2002[21]ParametricDesignMethodsforcarbodydesign[M],LucaAvallone,GennaroMonacelli,FedericoPasetti,FabrizioGiardina,2001.[22]DieterAnselm,ThePassengerCarBodyDesign,DeformationCharacteristics,AccidentRepair[M],AllianzCenterforTechnologyIsmaning/Munich,GermanyTheTechnicalCenteroftheAllianzGroup,2000.譯文公共交通車輛的熱塑性塑料夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及車身面板的制造HaibinNing,GreggM.Janowski*,UdayK.Vaidya,GeorgeHusman伯明翰阿拉巴馬大學(xué)，材料科學(xué)及工程部美國(guó)伯明翰BEC254南大街15303號(hào)摘要降低車輛自重提高燃油利用率并減少維修費(fèi)用，在公共交通系統(tǒng)尤為重要。輕質(zhì)量的合成材料，諸如強(qiáng)化的玻璃纖維被聚合物，已經(jīng)用來替代傳統(tǒng)的鐵和鋁的部件。在這篇論文中，用熱塑性合成塑料材料設(shè)計(jì)，分析和制造一個(gè)公交車的邊側(cè)車身面板。本設(shè)計(jì)以E玻璃-纖維/聚丙烯(玻璃)面板和聚丙二醇酯蜂窩狀中心的夾層組合為特色材料來降低重量，有高強(qiáng)度和能量吸收好處。面板用Pro/Engineer2001(Pro/E),AltairHypermesh6.0(Hypermesh)和ANSYS7.0(ANSYS)分析和設(shè)計(jì)。一次性膜片成型過程用于制造玻璃面板。這個(gè)過程提供了出色的實(shí)變，那些由對(duì)面板的微結(jié)構(gòu)分析得以證實(shí)。車身面板和中心材料黏著性地連接和測(cè)試來確定模型。當(dāng)裝載到達(dá)了11.7