【正文】 功非常重要，而且往往是決定性的。汽車的外形設(shè)計決定了汽車所有重要的尺寸，以及零部件的布置尺寸。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)計提供了方便。 本課題采用世界先進(jìn)的 CAD/CAM集成軟件 UG作為車身設(shè)計的輔助工具，又用 fluent作為空氣動力學(xué)分析軟件，旨在探索車身設(shè)計的先進(jìn)方法和技術(shù)，為我國汽車的自主開發(fā)與設(shè)計提供實(shí)用的方法。 (2)空氣動力學(xué)設(shè)計準(zhǔn)則 空氣動力學(xué)特性是影響汽車性能的最重要因素，它針對汽車給環(huán)境、能源帶來的弊端，解決了汽車動力性、安全性方面的諸多問題，而且與汽車造型技術(shù)相互依存。 (5)智能化設(shè)計準(zhǔn)則 信息技術(shù)革命正在推動汽車設(shè)計翻開新的一頁。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)動化開始的。 1930年后，人們越來越重視車身外形對減少空氣阻力的影響。不過在高速時會產(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?？梢哉f，外表呈楔型的汽車已經(jīng)是很理想 的車型了。 車身造型設(shè)計 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 12 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，充分滿足人們在實(shí)用和審 美兩個方面的需求。 2O世紀(jì) 40年代，另一位法國人 L． Romani對誘導(dǎo)阻力進(jìn)行了研究。汽車在行駛中，圍繞著汽車重心產(chǎn)生縱向、側(cè)向和垂直三個方向的氣動力。 (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，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。 ②通過煙度發(fā)生器實(shí)施煙流法測試汽車車身周圍流態(tài)。 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方程組對流場進(jìn)行了仿真。 CAE平臺的基本開發(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，從而形成了汽車造型設(shè)計方法。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)計更改、擴(kuò)充、軟件評價等。 未來車型的展望 面對日趨激烈的市場競爭，在滿足空氣動力性要求的前提下，車身造型更注重視覺效果，顯現(xiàn)出藝術(shù)化、多樣化和個性化的發(fā)展趨勢。在這里， CAD 的運(yùn)用不但使人從繁重的勞動解脫出來，縮短了設(shè)計周期，而且能夠保證設(shè)計精度，降低了設(shè)計開發(fā)的成本。當(dāng)然由于取消了兩次油泥模型、主上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 19 模型以及工藝模型的制作過程，也使人力、物力和時間大為節(jié)約。更為重要的是， WAVE 能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品級的相關(guān)結(jié)構(gòu)自動修改。 UG簡介 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。從 開始 ,應(yīng) GM 公司車身設(shè)計要求而開發(fā) WAVE (Whatif Alternative Value Engineering),以解決車身設(shè)計“牽一發(fā)而系全身”的難題 ,極大地減少了設(shè)計人員重復(fù)設(shè)計的浪費(fèi) ,并為縮短設(shè)計周期創(chuàng)造條件 ,使車身設(shè)計從原來的三年縮短到現(xiàn)在的十二個月。為此就誕生了一些曲面再造軟件，如 Surfacer、ICEM、 CopyCAD、 RapidForm等。為解決這一問題，需對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡，即稀疏處理。一般選用“ through point”方式，階次多為 3階。各小曲面構(gòu)建完成后，再將其縫合成一個完整的車身整體。其中在曲面上做樣條線 (curve on surface)和修剪 (trim)是常用到的兩個命令。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，測點(diǎn)到曲面的誤差不應(yīng)超過 1mm。因此對于汽車車身而言，較為有效的方法是：先偏值外表面的各個片體，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)體的自動轉(zhuǎn)化。在縫合的時候，經(jīng)常會遇到縫合失敗的現(xiàn)象，一般有下列幾種可能：一次縫合了太多的片體。在這種情況下若執(zhí)行縫合命令，計算機(jī)有時也不會給出錯誤提示，看似縫合成功，其實(shí)未必。 (2）使用 Through Curves 連接 2 條樣條。 (2）在各個附件所對應(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附件以及車門、車燈等 , 完成最終的車身建模 。 （ 9） 居于行業(yè)領(lǐng)先地位的尺寸函數(shù)（ Size function）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） 為 Shortest Edge 鍵入一個值 10 然后回車。 （ 2） 選中 Type選項(xiàng)中的 Virtual。 GEOMETRY FACE MOVE/COPY/ALIGN FACES 打開 Move/Copy Faces 圖框。 （ 1） 按住 Shift選擇車頭下方框底部的點(diǎn)，點(diǎn)擊 Apply 。 （ 1） 選定 Type 下的 Virtual 選項(xiàng)。 （如圖 所示 ） （ 8） 同理，生成車身上方的表面。 （ 1） 選擇工具欄中的 Solver，點(diǎn)擊 FLUENT5/6。選擇 FileExportMesh,選擇 2D 選項(xiàng)，并導(dǎo)出文件（如圖 所示 ） 圖 導(dǎo)出文件 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 44 4 FLUENT分析 FLUENT軟件介紹 FLUENT是目前國際上比較流行的商用 CFD軟 件包，在美國的市場占有率為 60%。甚至可以 用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。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)， FLUENT使用 client/server 結(jié)構(gòu)，因此它允許同時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。 圖 讀入網(wǎng)格 檢查網(wǎng)格 讀入網(wǎng)格之后要檢查網(wǎng)格：菜單 Grid/Check。 本題中進(jìn)風(fēng)口速度定義更改為 ，輸入數(shù)值后，點(diǎn)擊 OK 保存設(shè)定。 圖 解的初始化面板 計算 現(xiàn)在可以迭代了，選擇 Solve/Iterate...菜單，打開 (如 圖 所示 )。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 49 圖 材料控制面板 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/Boundary Conditions...得到（ 如 圖 ）。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 46 圖 解算器控制面板 讀入網(wǎng)格 （ 如圖 所示 )方法導(dǎo)入 mesh 文件。 FLUENT是用 C語言寫的，因此具有很大的靈活性與能力。 FLUENT 是用于模擬具有復(fù)雜外形的流體流動以及熱傳導(dǎo)的計算機(jī)程序。最后結(jié)果（如圖 所示 ）。 這樣所生成的網(wǎng)格大小為 150。 （ 6） 在 Tolerance 文本輸入框里鍵入 。 通過接邊的方法在對稱面上生成一個新的表面。 把 對 稱 面 的 底 邊 分 成 三 部 分 。 （ 3） 點(diǎn)擊 Apply。（如圖 ） 圖 自動連接后的輪廓 自動生成面 自動生成一個面 GEOMETRY FACE FORM FACE 打開 Create Face From Wireframe 圖框。 （ 2） 選中 Real and Virtual (Tolerance)選項(xiàng)。導(dǎo)入過程新增自動公差修補(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； 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 33 （ 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)入幾何時會自動合并重合的點(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)倒角時更加快速、自動、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。（圖 所示 ） 圖 各個面倒圓角 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 30 橋接各個曲面 (1) 使用 Bridge 連接（如圖 ）。 (2）使用 Through Curves 連接 3條樣條，生成車首曲面。邊緣上有難以察覺的微小畸形或其他幾何缺陷，對此應(yīng)進(jìn)行局部放大，檢查并消除幾何缺陷后再作縫合。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 Extract Geometry構(gòu)成 B曲面后再作偏值，多會成功。當(dāng)然，補(bǔ)充一個車身底部曲面使之成為一個封閉的片體，是可以將其做成一個實(shí)體的。曲面要盡量做得大一些，張數(shù)不要太多，合理地進(jìn)行曲面分割會提高建模的效率。 在構(gòu)建曲面時，有時會遇到構(gòu)建三邊或者五邊曲面的情況。 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 將所測得整個車身的點(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，而且還可能會因?yàn)閿?shù)據(jù)量太大使 UG無法正常運(yùn)行。在構(gòu)建曲線時，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． 4 mm以下。點(diǎn)云除噪后，就應(yīng)對其進(jìn)行稀疏處理。近些年，非接觸三維掃描測試技術(shù)的發(fā)展很好地解決了復(fù)雜表面 (如汽車車身表面 )的測試問題。應(yīng)用 UG 的建模功能，設(shè)計師可快速進(jìn)行概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，交互建立和編輯各種應(yīng)用復(fù)雜的零部件模型。現(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。 隨著 WAVE 技術(shù)的出現(xiàn)，使并行工程（ concurrent engineering, CE）和自頂向下的工程 (TopDown Design)得以實(shí)現(xiàn)。車身表面數(shù)學(xué)模型可以直接用來進(jìn)行沖模設(shè)計，以提高沖模設(shè)計成功率。 從七十年代起， CAD（ 計算機(jī)輔助設(shè)計 ） 已經(jīng)進(jìn)入了汽車 造型 設(shè) 計這一領(lǐng)域，今天更是普遍應(yīng)用，并已成為目前國內(nèi)外 汽 車廠進(jìn)行汽車造型設(shè)計的常規(guī)手段。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 17 (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 NS方程組。 (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 (如 VC)；流場分析軟件 (如 STARCD、 ABAQUS)等。 現(xiàn)代汽車研究方法 隨著計算機(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力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，研發(fā)出汽車空氣動力學(xué)設(shè)計 CAE平臺。 數(shù)值仿真方法在國外發(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。而在風(fēng)洞中空氣相對于模型或原型支承面有運(yùn)動，從而形成了邊界層，使值的測試有誤差。 研究方法 (1)基礎(chǔ)理論研究 空氣運(yùn)動規(guī)律的基礎(chǔ)是質(zhì)量守衡、動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。 (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)定性和弱化汽車動力的發(fā)揮。美國人 W． Elay于1934年用風(fēng)洞測量了各種車身模型的空氣阻力系數(shù)。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。 車身造型設(shè)計的內(nèi)涵 現(xiàn)代車身造型 設(shè)計的顯著特點(diǎn)就是把空氣動力學(xué)和車身造型這兩個上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計 11 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)計科學(xué)、先