【正文】 進(jìn)、具有前瞻性、 符合汽車造型國際流行標(biāo)準(zhǔn)，還要體現(xiàn)汽車空氣動(dòng)力學(xué)的最新研究成果，并滿足國際、國家法規(guī)。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”。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。 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) 。我們雖無法預(yù)測現(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。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。 為了縮短與汽車大國間的差距，長期以來，我國汽車工業(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)。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，周期長達(dá) 5年甚至更長，同時(shí)存在開發(fā)成本高、產(chǎn)品通用系列化差等缺點(diǎn)。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)，以及市場的開拓。本課題正是在這種背景下提出的。空氣動(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。 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。所以對(duì)于尚待成長的中國汽 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)。 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。 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) 6 繪制 1 : 5 車身布置圖 繪制縮小比例 彩色效果圖 雕塑 1 : 5 油泥模型 繪制 1 : 1 線型圖 雕塑 1 : 1 油泥模型 制作 1 : 1 內(nèi)部模型 繪制車身 主圖板 繪制車身 內(nèi)外覆蓋件圖 制作車身 主模型 取樣板 補(bǔ)充修改外形輪廓 交付生產(chǎn) 初 步 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 設(shè) 計(jì) 圖 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 。當(dāng)大量的外國汽車涌進(jìn)國門時(shí)，才知道我們的造型設(shè)計(jì)已經(jīng)落后了人家很多。 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“ AUTOMOBILE” (自主 移動(dòng) )概念，這是人們對(duì)這種“新生兒”的最佳描述。 (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。 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。當(dāng)汽車車速超過上海工程技術(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) 10 100km／ h后，功率幾乎都用來克服空氣阻力了。 (5)魚型汽車。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)。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?？颂m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。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。非風(fēng)洞法則有滑行試驗(yàn)法、行駛功率平衡法等 。 (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。從目前發(fā)展來看， CFD在預(yù)測汽車外形變化對(duì)三維流場特性的影響方面是上海工程技術(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) 15 最有效的，很適用于汽車外形的造型分析。計(jì)算出的升力系數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果基本相符。如汽車流場數(shù)據(jù)庫模塊將包括：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)三維流場的影響；內(nèi)部氣流的影響；細(xì)小表面突起的影響等部分。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。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) 18 的探索，提供基礎(chǔ)性的借鑒。 (2)縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)和制造周期。 (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)比較簡便。因此在開始建模之前，充分的準(zhǔn)備是必須的。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。在過去，由于受測試技術(shù)和測試設(shè)備的限制，模型測試工作不僅復(fù)雜費(fèi)時(shí)，而且要想測準(zhǔn)卻非常不容易。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合。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?？傊跇?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。同樣它也可以保持與相鄰面的 GO、 G G2連續(xù)。 (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，還要注意簡潔。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。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。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 Extract Geometry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。 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) 26 圖 確定車身設(shè)計(jì)參數(shù)的定位基準(zhǔn)平面 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 Spline by points 畫樣條，并加以約束、調(diào)整。（ 如 圖 ） 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) 29 圖 后尾曲面 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。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。 （ 1） 選中 Edges 右邊的選項(xiàng)菜單里的 All。 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) 35 （ 5） 點(diǎn)擊 Apply 鍵 。 （ 2） 輸入 Height 值 10000。 (如圖 ) 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) 38 圖 移動(dòng)方框后的圖像 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。（圖 所示 ） 圖 生成線后的圖像 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。 （ 5） 按 shift點(diǎn)擊 方框（最大表面）。 （ 3） 在 Spacing 下邊的 Interval size 中輸入 150， 并點(diǎn)擊圖框底部的 Apply 鍵。按 Shift 點(diǎn)擊車身下方連接邊框的輛條線，將其定義為 INTERIOR?；谏鲜鏊枷?， FLUENT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。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。 圖 運(yùn)行 fluent 軟件 選擇解的格式 點(diǎn)擊菜單 Define/Models/Solver..彈出 (圖 所示 )，選擇所需要的格式即可。 指定流體物理性質(zhì) 選擇菜單： Define/Materials...得到如（ 如 圖 所示 ） 對(duì)話框 。 設(shè)定 X方向速度為 ，點(diǎn)擊 Init按鈕，關(guān)閉面板。（ 如 圖 ） 圖 定義進(jìn)風(fēng)速度 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。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。 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。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）。 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。 （ 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。（如圖 ） 圖 生成面后的圖像 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) 41 圖 生成第二個(gè)面后的圖像 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。必須用 Virtual 因?yàn)閷⒁x定的車體上的邊是虛擬的邊。 （ 2） 同理，在車身尾部生成一點(diǎn)。 （ 1） 按 Shift點(diǎn)中方框。 （ 3） 點(diǎn)擊 Apply 鍵 。 Connect Edges 圖框中的 Tolerance 的值將被更新。 Gambit對(duì)車身網(wǎng)格的劃分 將車身對(duì)稱面的外輪廓導(dǎo)入 Gambit中 如 圖 ( ) 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) 34 圖 導(dǎo)入 Gambit 中的車身輪廓 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。（如圖 所示 ） 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) 31 圖 完成后車身 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 所示 ） 并以IGS 的文件格式導(dǎo)出。（ 圖 ） 圖 側(cè)面板曲面 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) 28 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 Spline by points 畫樣條 5 條 ，并加以約束、調(diào)整。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。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。 (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。構(gòu)建曲上海工程技術(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) 24 面的階次一般推薦為 3次。 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量數(shù)據(jù)來構(gòu)建曲面，然后做鏡像處理。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。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。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