【正文】 楔型的轉變，汽車變得越來越美觀， 流暢自然的線條圓滑簡潔的過渡，明快優(yōu)美的曲線，給人以舒展流暢、強勁的動感和平衡安全、生機勃勃的力量之美。前圍與側圍、前圍側圍與發(fā)動機罩，后圍 與側圍等采用圓滑過渡，發(fā)動機罩向前下傾，車尾后箱蓋短而高翹，后翼 子板向后收縮，擋風玻璃采用大曲面，且與車頂圓滑過渡，側窗與車身相平，橢圓狀前后燈具、門手把嵌入車體內，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。 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，這樣會產生負升力，用來抵消車身上的升力。 汽車空氣動力學研究 自從世界上有了第一輛汽車以后，德國就在航空風洞中進行了車身外形實驗研究。法國人 J． Andreau則提出了汽車表面壓差阻力的概念，并研究了側風穩(wěn)定性。我國是在 8O年代才較為系統(tǒng)地研究汽車空氣動力學的。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 13 (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)。 70年代，各國傾力降低 CD值，使其維持在 0． 28～ 0． 4之間。然而有關不可壓流體特性、流體阻力理論以及汽車繞流特性等基礎理論研究還有待深化。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 14 表 1 世界各國風洞主要性能參數(shù)表 參數(shù) 米拉 英國 大眾 德國 奔馳 德國 菲亞特 意大利 法國 寶馬 德國 佐治亞 美國 通用 美國 NRC 加拿大 上海交大 吉林 大學 截面積 /m2 風速 /（ km 風洞或實車道路空氣動力學特性試驗包括： ① 過表面絲帶法和網(wǎng)格絲帶法測試車身表面流態(tài)。 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。美國福特汽車公司 Williams等人在雷諾數(shù) 8 風 速 49m／ s來流條件下，對 1／ 2縮尺度的不同尾部 造型的轎車模型進行了風洞試驗。由于標準к ε 湍流模型不適于模擬分離流動，兩種 方法計算出的車身后背部壓力分布、后窗流動起始分離線和行李蓋處流動再附著線與試驗結果差別較大。例如，在國家“ 863計劃”的“復雜流場數(shù)值模擬”、國家自然科學基金項目的“工程旋渦分離流動研究”、清華大學“ 985工程”的“數(shù)字化轎車”、“轎車關鍵技術研究”等項目的支持下，清華大學流體控制 CAE室以 ICEM— CFD和 STAR— CD商業(yè)軟件為基礎，研制開發(fā)出汽車設計 CAE平臺。 (3)通過逆向工程 或實車電子數(shù)據(jù)，建立汽車局部車身或整個車身的外形，進而為用數(shù)值分析方法仿真出汽車氣動力和內外三維流場構建基礎。 (6)軟件包的多模塊、多功能、跨平臺的耦合集成研究。 (3)非定常流動是汽車流場的本質屬性，非定常流動研究的發(fā)展，將對汽車旋渦分離流動進行有效的控制，并改善汽車的行駛穩(wěn)定性 和經(jīng)濟性。 (6)對已有的程序和計算方法進行驗證，找出存在的問題，從而推動數(shù)值仿真的進一步發(fā)展。 結語 汽車車身研究呈現(xiàn)把汽車空氣動力學和車身造型更加緊密結合起來進行研究的特點；未來汽車車身的造型將更為平滑、流暢、富有個性； CFD技術將進一步完善和發(fā)展，并將在 CAF技術平臺下增加其實用性；減小空氣阻力系數(shù)依然是新一代汽車致力的主要目標之一?，F(xiàn)在常見的過程始于模型制作階段，通過三坐標測量 儀 測量，得到模型上離散的點集，將點集數(shù)據(jù)輸入計算機，運用 CAD 將其連成光順的曲線，建立數(shù)字化模型，進行初步設計和可行性分析，即相當于膠帶圖效果；然后通過專門的 CAD設計軟件，用曲線建立起整個車身的表面數(shù)學模型，設計人員在電腦前可以進行任意的修改，再通過數(shù)控銑床制造1:1全尺寸模型，供設計人員進行修改和定型；然后再通過測量 儀 對全尺寸模型進行測量，將數(shù)據(jù)輸入計算機建立汽車外形 的 數(shù)學模型 ，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 ,在不同的角度觀察不同地方，十分直觀。造型一旦完成并建立了車身外表面的數(shù)學模型，存入數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過計算機管理 可以多方共享，為生產準備、工裝模具設計制造提供方便、詳盡、準確的原始數(shù)據(jù)，消除了中間數(shù)據(jù)形式的多次轉換，使模具的加工精度大大提高。另外，模具的加工直接引用 CAD的結果，大大提高了模具制造的效率。這樣使得初始設計的可信度大為提高。通過 WAVE 技術不僅使同一工作層的聯(lián)系更加緊密，同時它還能約束上下層關系，確保下層零件 的修改不會影響上層的總體結構。同時，還避免了過去由于人為原因所產生的錯誤?；诒救藢τ?UG有所了解，本論文在建模過程中選擇了 UG軟件。根據(jù) 已建立的三維零件模型， UG 的各種應用功能既可對模型進行裝配操作、創(chuàng)建二維工程圖；也可對模型進行機構運動學、動力學分析和有限元分析，進行設計評估和優(yōu)化；同時，還可根據(jù)模型設計工裝夾具，進行加工處理，直接生成數(shù)控程序，用于產品的加工。根據(jù)已建立的三維零件模型， UG 的各種應用功能既可對模型進行裝配操作、創(chuàng)建二維工程圖；也可以對模型進行機構運動學、動力學分析和有限元分析，進行設計評估和優(yōu)化；同時也可以根據(jù)模型設計工裝夾具、進行加工處理，直接生成數(shù)控程序，用于產品的加工。這樣的更新是快速而準確的。但由于點云密集，數(shù)據(jù)量十分龐大，用 CAD技術較難解決對點云的處理及曲面再造工作。然而，上述軟件的價格均較貴，國內的中小型企業(yè)往往缺少購買兩種軟件的經(jīng)濟實力，他們希望僅用 UG或 Pro／ E就能解決點、面轉換及三維實體設計工作。這是因為非接觸三維掃描測量的數(shù)據(jù)點十分密集，在 1 m 1 m 的范圍內有數(shù)十萬個點，若將其直接導入 UG內進行處理不僅困難，而且對于普通微機有時甚至不可能。與之相反，非均勻網(wǎng)格法可以根據(jù)被測工程部件外部形狀特征的實際需要來確定網(wǎng)格的疏密，因此它可在保證后繼曲面構建精度的前提下減少數(shù)據(jù)量，在處理尺寸變化大的復雜形體 (如汽車車身 )方面顯得十分有效。 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。調整樣條線常用的方法是 Edit Spline． Edit pole選項中有移動、添加控制點和控制極點沿某個方向移動等多種功能，可方便地對樣條進行編輯。因此，構建曲面時不可能將整個車身的外表面一次構建完成，需根據(jù)車身表上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 23 面的外部特征將其分成若干個小曲面。 (1)構建曲面的方法 曲面構建方 法有 Though curve mesh、 Though curveshe和 nxn，最常用的是 Though curve mesh，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 Though curves只能保證兩邊曲率。對于三邊曲面，常用的方法是再做一條曲線把三邊轉化為四邊；對于五邊曲面，則是將 邊界線延伸，把五邊變成四邊形邊界。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，然后做過渡曲面進行橋接。在構建曲面的過程中，有時需加連一些線條。 構建實體 曲面構建完成后，就要構建實體數(shù)字模型。但由于汽車車身底部曲面曲率的變化較大，此種構建實體的方法往往實現(xiàn)不了抽殼命令。偏值距離太大，偏值后的相交會導致偏值失敗。 (2)曲面的縫合 偏值后的曲面有的 需要裁剪，有的還需要補面，用各種曲面編輯手段完成內表面的構建，然后縫合內表面和外表面。其解決方法是適當加大縫合公差后再作縫合。 (3)縫合的有效性 有的片體在縫合完后將其放大會看到有亮顯點或亮顯線，甚至還會看到逢隙。 白車身的構建 在設計過程中，首先根據(jù)設計任務書中的技術指標完成一個白車身的整體的模型，新建一個文件命名為 car。（如圖 所示 ） 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 27 圖 前臉部曲面 車身側面板曲面的制作 (1）以 X 方向 ,Z 正向的 2 個基準平面分別建立草圖 Sketch ，分別在草圖上用 Spline by points 畫樣條，并加以約束、調整。（圖 ） 圖 上頂面曲面 車尾部曲面的制作 (1）以 Z 方向 ,Y 正向的 2 個基準平面分別建立草圖 Sketch ，分別在草圖上用 Spline by points 畫樣條 3 條，并加以約束、調整。 圖 各個面倒圓角 (1）使用 Sew 進行各個片體之間的縫合。由于 GAMBIT 本身所具有的強大功能，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 中專用的網(wǎng)格劃分算法可以保證在復雜的幾何區(qū)域內直接劃分出高質量的四面體、六面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格； （ 8） 先進的六面體核心 (HEXCORE)技術是 GAMBIT 所獨有的，集成了笛卡爾網(wǎng)格和非結構網(wǎng)格的優(yōu)點，使 用該技術劃分網(wǎng)格時更加容易，而且大大節(jié)省網(wǎng)格數(shù)量、提高網(wǎng)格質量 。 用自動方法連接幾何結構里小于規(guī)定容許距離的所有的邊。你想要 GAMBIT 連接所有距離在容許范圍之內的實邊和虛邊。這個選項確保了那些沒有準確搭配的邊能夠被 連接起來。 （ 1） 按住 Shift選擇所有輪廓曲線 。 GEOMETRY FACE CREATE FACE 打開 Great Real Rectangular 圖框。 (如圖 ) 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 37 圖 生成方框后的圖像 移動方框 移動方框，使車身輪廓移動至方框中心。 （ 3） 在 Y 方向上移動 5300。 GEOMETRY EDGE SPLIT/MERGE EDGES 打開 SplitEdge圖框 。按住 Shift 選中車身保險杠上的點和方框上新建的點，點擊 Apply。 GEOMETRY FACE FORM FACE 打開 Create Face From Wireframe圖框。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 40 （ 3） 選定 the Create Face From Wireframe 圖框中的 Host 復選框。這個誤差 ()必須小于或等于用于連接操作的容許誤差 （ 7） 點擊 Apply 以接受選定并生成面。 （ 1） 在圖形窗口中 的 Face 選中 3 個已建表面（不選擇最大的方框表面）。 (如圖 ) 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 42 圖 生成網(wǎng)格后的圖像 定義邊界條件 在 Fluent 中需要進行空氣流場分析（風洞試驗），故需要在 Gambit中定義邊界。 （ 4） 按 Shift 點擊車身輪廓以及下邊框，將其定義為 WALL,即在風洞試驗時為墻，空氣將不能從其表面通過。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 43 圖 定義好邊界條件后的圖像 導出 mesh文件 因為還要導入 Fluent，進行空氣流場分析，故要以 MSH 文件的格式導出。其在石油天然氣工業(yè)上的應用包括：燃燒、井下分析、噴射控制、環(huán)境分析、油氣消散 /聚積、多相流、管道流動等等。它提供了完全的網(wǎng)格靈活性，你可以使用非結構網(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)格來解決具有復雜外形的流動。與結構網(wǎng)格和塊結構網(wǎng)格相比，這一特點很明顯地減少了產生“好”網(wǎng)格所需要的時間。因此，動態(tài)內存分配，高效數(shù)據(jù)結 構，靈活的解控制都是可能的。高級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。 FLUENT 在讀網(wǎng)格的過程中會在控制臺窗口顯示進程。 網(wǎng)格 顯示面板 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 48 默認視角的網(wǎng)格顯示 定義物理模型 FLUENT 中默認物理模型是層流流動，本例是層流，不需修改模型的設定。 圖 邊界條件面板 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 50 設定邊界條件，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擊 Set...按鈕 。 （ 如圖 所示 ） 圖 殘差監(jiān)測面板 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 面包車車身 造型的改進設計 51 流場初始化 迭代之前你需要初始化流場提供一個初始解。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文）