面向CFD仿真的汽車快速建模分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u16174面向CFD仿真的汽車快速建模分析案例 1261891.1設(shè)計(jì)課題分析 132121.2三維軟件的選擇 1167481.3利用SOLIDWORKS建立模型步驟 2319091.3.1二維工程圖導(dǎo)入 329081.3.2利用3D曲線構(gòu)建車身構(gòu)造線 4297661.3.3三維特征線框成面 4車身的三維模型的創(chuàng)建首先要從二維設(shè)計(jì)圖中獲取用于創(chuàng)建三維模型的信息，然后對(duì)該信息進(jìn)行一系列的解決方案，例如分類，匯總等，最后在三維空間中構(gòu)建三維模型。建立車身數(shù)學(xué)模型的整個(gè)過(guò)程通常是：首先分析裝配圖的幾何特征和車身表面的組成原理，獲得車身的中心線，然后使用三維SOLIDWORKS中的曲線圖以構(gòu)造車身表面。因?yàn)閷⑵交€轉(zhuǎn)換為使表面平滑的必要條件，所以曲線圖的質(zhì)量對(duì)于表面的平滑度尤其重要。1.1設(shè)計(jì)課題分析結(jié)合論文的要求和現(xiàn)實(shí)的難點(diǎn)，由此可知需要完成的課題是在考慮CFD仿真要求的前提下，快速的實(shí)現(xiàn)汽車車身二維的概念草圖到三維車身模型的轉(zhuǎn)換。課題要求如下：1)要求建模時(shí)間短，能盡快完成三維模型的創(chuàng)建。2)由于設(shè)計(jì)課題中的三維數(shù)字車身模型主要是用于滿足車身造型方案的表達(dá)以及表現(xiàn)，和CFD仿真模擬的兩個(gè)要求，所以三維數(shù)字車身模型中有一部分曲面沒(méi)有必要達(dá)到A級(jí)的曲面標(biāo)準(zhǔn)。3)對(duì)于車身模型細(xì)節(jié)處的要求不高。三維數(shù)字車身模型細(xì)節(jié)沒(méi)必要非常精細(xì)，車身中對(duì)整車風(fēng)阻系數(shù)影響較小的部分可以省略或進(jìn)行一定程度簡(jiǎn)化。根據(jù)以上分析，該汽車與實(shí)際汽車造型差異較大，對(duì)于實(shí)現(xiàn)實(shí)際的原車型的參數(shù)化重建是非常困難的。因此將對(duì)特斯拉modelX和比亞迪唐的汽車車身進(jìn)行簡(jiǎn)化的三維建模。1.2三維軟件的選擇在當(dāng)今的產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)和開發(fā)過(guò)程中，與3D性能和輔助設(shè)計(jì)生產(chǎn)和制造相關(guān)的關(guān)鍵軟件是Rhino，SOLIDWORKS，CATIA，3DSMAX等。這些類型的軟件支持3D建模。而且支持一定水平的3D渲染工作，并且效果非常好。RhinoREF_Ref29238\r\h[14]是由RobertMcNeel和ssoc在美國(guó)開發(fā)和設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的技術(shù)專業(yè)3D建模設(shè)計(jì)軟件。它可以廣泛用于3D動(dòng)畫制作，工業(yè)生產(chǎn)和制造，科學(xué)研究和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等行業(yè)。SOLIDWORKS是達(dá)索系統(tǒng)公司的子公司，該公司專門開發(fā)和銷售用于機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的產(chǎn)品REF_Ref29418\r\h[15]。CATIA作為PLM協(xié)同解決方案的重要組成部分，它可以幫助制造商通過(guò)建模來(lái)設(shè)計(jì)未來(lái)的產(chǎn)品，并支持包括項(xiàng)目前期、具體設(shè)計(jì)、分析、仿真、裝配和維護(hù)在內(nèi)的所有工業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程REF_Ref29516\r\h[16]。3DStudioMAX，通常稱為3DMAX或3dsMAX，后來(lái)由AutodeskEnterprise合并開發(fā)的軟件產(chǎn)品。它的前身是基于DOS計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的3D-Studio系列產(chǎn)品軟件。眾所周知，SOLIDWORKS易于理解且實(shí)用。在現(xiàn)階段，它是世界上流行的3D軟件。SOLIDWORKS是世界上第一個(gè)基于Windows服務(wù)平臺(tái)的3D繪圖軟件。SOLIDWORKS早已成為海外流行的3D圖形軟件?；旧?，大多數(shù)民營(yíng)企業(yè)都易于使用SOLIDWORKS來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品REF_Ref29715\r\h[17]。故綜合各款軟件的特點(diǎn)和汽車車身對(duì)數(shù)據(jù)模型的曲面質(zhì)量要求以及本文參數(shù)的需求，選擇SOLIDWORKS為車身曲面的三維建模軟件，最終完成面向CFD仿真需求的數(shù)字模型。 1.3利用SOLIDWORKS建立模型步驟在進(jìn)行特斯拉modelX和比亞迪唐車身三維建模時(shí)，沒(méi)有具體的車身詳細(xì)數(shù)據(jù)，只有簡(jiǎn)單且不準(zhǔn)確的圖片。因此需要將圖片導(dǎo)入到PS中進(jìn)行編輯修改，將圖片進(jìn)行“去色”“濾鏡”等操作，將其改成素描圖，這樣運(yùn)用PS修改的手繪圖就完成了。但是因?yàn)閳D片的拍攝角度不同，導(dǎo)致圖片雖然在SOLIDWORKS中車身的長(zhǎng)寬高都是跟原車特斯拉modelX和比亞迪唐是一樣的，但是各視圖中特斯拉modelX和比亞迪唐造型特征表現(xiàn)出的外形尺寸的細(xì)節(jié)及相對(duì)位置都比較不準(zhǔn)確。此時(shí)以草圖為參考基礎(chǔ)，結(jié)合自身建模經(jīng)驗(yàn)，最終完成模型。確定各草圖中有用的造型特征線，并在原來(lái)的二維草圖的基礎(chǔ)上添加建模特征線，生成建模圖。1.3.1二維工程圖導(dǎo)入二維工程圖導(dǎo)入，以特斯拉modelX為例，其二維圖分別是前視圖，右視圖，上視圖，后視圖。首先為了使后續(xù)方便率先導(dǎo)入右視圖，如圖2-1。圖2-圖2-SEQ圖\*ARABIC1特斯拉modelX右視圖導(dǎo)入右視圖后根據(jù)實(shí)際汽車車身的車長(zhǎng)一定比例的放大縮小，以此方法依次導(dǎo)入前視圖，上視圖，后視圖。如圖2-1.圖2-2圖2-2特斯拉modelX3D視角的車身草圖

1.3.2利用3D曲線構(gòu)建車身構(gòu)造線對(duì)于流線型車身模型，不能用3D草圖中的樣條曲線所構(gòu)成的曲面來(lái)畫整個(gè)車身曲面，只能采用曲面分塊技術(shù)。首先，將特斯拉modelX和比亞迪唐的車身表面進(jìn)行了分塊。然后，利用3D草圖中的樣條曲線，圍成每個(gè)分塊曲面盡量使用三邊形曲面和四邊形曲面，因?yàn)檫@樣的曲面可以更好的構(gòu)成曲面，防止出現(xiàn)差錯(cuò)。對(duì)于車身表面分塊造型，利用3D曲線構(gòu)建車身構(gòu)造線最困難的部分就是做第一條3D曲線，首先需要確定起始點(diǎn)，結(jié)合前視圖與右視圖，以外后視鏡底部與車身相接位置作為起始點(diǎn)，在前視圖基礎(chǔ)上將主駕駛車門進(jìn)行簡(jiǎn)單的描邊，3D曲線畫出后依次切換不同視角進(jìn)行微調(diào)，使構(gòu)造線盡可能平滑、規(guī)整。1.3.3三維特征線框成面在SOLIDWORKS中利用3D草圖中的樣條曲線繪制的特斯拉modelX和比亞迪唐的車身構(gòu)造線，然后幾條曲線閉合圍成閉合的曲面。采用四邊成面的工具來(lái)創(chuàng)建曲面，還可以根據(jù)不同的曲面要求分別運(yùn)用“曲面放樣”、“曲面拉伸”、“邊界曲面”、“填充曲面”等構(gòu)建汽車的車身。特斯拉modelX和比亞迪唐的車身各部分曲面，根據(jù)每塊曲面的形狀和位置進(jìn)行的縫合和曲面填充。千萬(wàn)注意不要在作圖過(guò)程中有的曲面部分有過(guò)度的突出，以及在曲面縫合階段存在沒(méi)有縫合的縫隙，不然將會(huì)影響導(dǎo)致后期的布爾運(yùn)算錯(cuò)誤。車身由復(fù)雜且不規(guī)則的三維曲面組成。如果使用曲面構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型，則將難以確保實(shí)體模型的精度。這也是不現(xiàn)實(shí)的。結(jié)構(gòu)的曲面通常會(huì)不平整，從而導(dǎo)致非常大的變形。車身表面分割是為了方便計(jì)算機(jī)三維繪圖。根據(jù)當(dāng)前的參數(shù)化設(shè)計(jì)曲面基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)軟件曲面建模設(shè)計(jì)方法，將產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)行了整合，并將車身分為非常簡(jiǎn)單的幾個(gè)，非常容易解決的曲面塊。這種有弧度的曲面塊根據(jù)特定的光滑度規(guī)定在電子計(jì)算機(jī)中進(jìn)行修補(bǔ)和曲面縫合，最后完成了車身設(shè)計(jì)計(jì)劃，以完成