基于自由變形技術(shù)的車身氣動(dòng)造型優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域及汽車造型優(yōu)化領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自由變形技術(shù)的車身氣動(dòng)造型優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的汽車車身造型優(yōu)化方法，主要是依靠設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)和前人對(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有很多的缺點(diǎn)，不僅開發(fā)周期較長(zhǎng)，而且在一定的邊界條件下無法確定優(yōu)化后的模型是否為最優(yōu)結(jié)果。如果利用幾何外形參數(shù)化方法對(duì)車身外形進(jìn)行研究，由于傳統(tǒng)的參數(shù)化方法中對(duì)曲線變形控制較為成熟，但在曲面變形方面的能力差強(qiáng)人意，所以也無法獲得較好的汽車車身氣動(dòng)造型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種基于自由變形技術(shù)的車身氣動(dòng)造型優(yōu)化方法，使得車身外形優(yōu)化更便于控制，在一定的邊界條件下，優(yōu)化結(jié)果更可靠，另外，該優(yōu)化方法的操作流程適應(yīng)性廣泛，可以縮短車身開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)費(fèi)用。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于自由變形技術(shù)的車身氣動(dòng)造型優(yōu)化方法，包括以下步驟，步驟一，建立初始的汽車車身模型；步驟二，將該初始的汽車車身模型上需要控制變形的點(diǎn)作為設(shè)計(jì)變量，并對(duì)這些需要控制變形的點(diǎn)設(shè)定邊界控制條件；步驟三，根據(jù)步驟二所述的邊界控制條件得到少于50個(gè)的變量取值樣本。設(shè)計(jì)過程中選取變量取值樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)一般根據(jù)計(jì)算模型的復(fù)雜程度、設(shè)計(jì)因素的個(gè)數(shù)和水平、計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算能力等綜合情況加以考慮，并可以選取不同的算法進(jìn)行抽樣。如果采用正交數(shù)組算法選取變量取值樣本點(diǎn)，一般個(gè)數(shù)為2，4，8，16，32，64，128，256，但8，16，32，64較常用。采用拉丁方抽樣方法可根據(jù)設(shè)計(jì)者意愿選取任意數(shù)量的樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)，一般數(shù)量小于50個(gè)。無論采用哪種算法進(jìn)行抽樣，變量取值樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)少于50個(gè)時(shí)，計(jì)算效果較好；步驟四，根據(jù)這些變量取值樣本中的變量取值，通過控制晶格節(jié)點(diǎn)變形的方法得到這些變量取值樣本的車身模型，再對(duì)這些變量取值樣本的車身模型分別進(jìn)行CFD仿真求解得到相應(yīng)的Cd值，具體是使用ICEM劃分網(wǎng)格并用Fluent求出相應(yīng)的Cd值；步驟五，基于各變量取值樣本模型變量取值和各變量取值樣本模型的Cd值，在Isight (多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化軟件)中構(gòu)建近似模型；步驟六，在Isight軟件中選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法求解近似模型的最優(yōu)解，根據(jù)最優(yōu)解的設(shè)計(jì)變量的取值，在3ds Max中重新構(gòu)建車身模型；步驟七，得到重新構(gòu)建的車身模型的空氣阻力系數(shù)Cd值，并與步驟一中建立的初始的汽車車身模型的Cd值進(jìn)行對(duì)比，判斷其是否比初始的汽車車身模型的Cd值降低，如果沒有降低，則返回步驟二修改邊界控制條件或重新選取設(shè)計(jì)變量繼續(xù)執(zhí)行。
[0005]按上述技術(shù)方案，所述步驟一具體為，在三維動(dòng)畫軟件3ds Max中建立初始的汽車車身模型并進(jìn)行簡(jiǎn)化。初始的汽車車身模型進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)，車身和底盤為封閉輪廓，沒有任何間隙，車輪也應(yīng)為封閉輪廓，形狀為圓柱體，對(duì)初始的汽車車身模型進(jìn)行簡(jiǎn)化是為了能夠劃分網(wǎng)格并進(jìn)行CFD仿真計(jì)算。所述步驟四中，在三維動(dòng)畫軟件3ds Max中通過控制晶格節(jié)點(diǎn)變形的方法得到變量取值樣本的車身模型。
[0006]按上述技術(shù)方案，所述步驟三具體為，利用多目標(biāo)優(yōu)化軟件Isight中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊，根據(jù)步驟二所述的邊界控制條件得到少于50個(gè)的變量取值樣本。
[0007]按上述技術(shù)方案，所述步驟五中，還包括檢驗(yàn)所建立的近似模型的擬合精度，如果近似模型的精度不夠，則返回步驟三重新進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)(Design of Experiments)，選取新的變量取值樣本。
[0008]按上述技術(shù)方案，所述步驟七中，通過對(duì)重新構(gòu)建的車身模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分并進(jìn)行CFD仿真，得到重新構(gòu)建的車身模型的空氣阻力系數(shù)Cd值。
[0009]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:應(yīng)用本發(fā)明基于自由變形技術(shù)的車身氣動(dòng)造型優(yōu)化方法，使得車身外形優(yōu)化更便于控制，在一定的邊界條件下，優(yōu)化結(jié)果更可靠，另外，該優(yōu)化方法的操作流程適應(yīng)性廣泛，可以縮短車身開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)費(fèi)用。
【附圖說明】
[0010]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例基于自由變形技術(shù)的車身氣動(dòng)造型優(yōu)化方法的流程示意圖；
[0012]圖2為在3ds Max中建立的初始的汽車車身模型；
[0013]圖3為利用FFD修改器對(duì)初始車身模型劃分的示意圖；
[0014]圖4為車身尾部及晶格結(jié)構(gòu)局部示意圖；
[0015]圖5為調(diào)節(jié)晶格節(jié)點(diǎn)后車身尾部變形結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施例中，一種基于自由變形技術(shù)的車身氣動(dòng)造型優(yōu)化方法，包括以下步驟，步驟一，建立初始的汽車車身模型；步驟二，將該初始的汽車車身模型上需要控制變形的點(diǎn)作為設(shè)計(jì)變量，并對(duì)這些需要控制變形的點(diǎn)設(shè)定邊界控制條件；步驟三，根據(jù)步驟二所述的邊界控制條件得到少于50個(gè)的變量取值樣本。設(shè)計(jì)過程中選取變量取值樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)一般根據(jù)計(jì)算模型的復(fù)雜程度、設(shè)計(jì)因素的個(gè)數(shù)和水平、計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算能力等綜合情況加以考慮，并可以選取不同的算法進(jìn)行抽樣。如果采用正交數(shù)組算法選取變量取值樣本點(diǎn)，一般個(gè)數(shù)為2，4，8，16，32，64，128，256，但8，16，32，64較常用。采用拉丁方抽樣方法可根據(jù)設(shè)計(jì)者意愿選取任意數(shù)量的樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)，一般數(shù)量小于50個(gè)。無論采用哪種算法進(jìn)行抽樣，變量取值樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)少于50個(gè)時(shí)，計(jì)算效果較好。步驟四，根據(jù)這些變量取值樣本中的變量取值，通過控制晶格節(jié)點(diǎn)變形的方法得到這些變量取值樣本的車身模型，再對(duì)這些變量取值樣本的車身模型分別進(jìn)行CFD仿真求解得到相應(yīng)的Cd值，具體是使用ICEM劃分網(wǎng)格并用Fluent求出相應(yīng)的Cd值；步驟五，基于各變量取值樣本模型變量取值和各變量取值樣本模型的Cd值，在Isight (多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化軟件)中構(gòu)建近似模型；步驟六，在Isight軟件中選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法求解近似模型的最優(yōu)解，根據(jù)最優(yōu)解的設(shè)計(jì)變量的取值，在3ds Max中重新構(gòu)建車身模型；步驟七，得到重新構(gòu)建的車身模型的空氣阻力系數(shù)Cd值，并與步驟一中建立的初始的汽車車身模型的Cd值進(jìn)行對(duì)比，判斷其是否比初始的汽車車身模型的Cd值降低，如果沒有降低，則返回步驟二修改邊界控制條件或重新選取設(shè)計(jì)變量繼續(xù)執(zhí)行。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步地，所述步驟一具體為，在三維動(dòng)畫軟件3ds Max中建立初始的汽車車身模型并進(jìn)行簡(jiǎn)化；所述步驟四中，在三維動(dòng)畫軟件3ds Max中通過控制晶格節(jié)點(diǎn)變形的方法得到變量取值樣本的車身模型。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟三具體為，利用多目標(biāo)優(yōu)化軟件Isight中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊，根據(jù)步驟二所述的邊界控制條件得到少于50個(gè)的變量取值樣本。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步地，所述步驟五中，還包括檢驗(yàn)所建立的近似模型的擬合精度，如果近似模型的精度不夠，則返回步驟三重新進(jìn)