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1、汽车外形设计的流体力学仿真依据大 连 民 族 学 院 毕 业 设 计（论 文）汽车外形设计的流体力学仿真依据学 院（系）： 物理与材料工程学院 专 业： 光电子技术与科学 学 生 姓 名： 王世泽 学 号： 2011153221 指 导 教 师： 毕振华 评 阅 教 师： 赫然 完 成 日 期： 2015年 月 日 大连民族学院Hydrodynamics simulation based automotive exterior designAbstractThe purpose of domestic and foreign large collection and read about th
2、e development process of automotive design, automotive design analyze advantages and difficulties, affect vehicle design and documentation of relevant information, to understand the performance and characteristics of automotive design methods of various techniques .This paper mainly through the fami
3、liar and simulation software COMSOL to simulate a different appearance of the car model, as much relevant data obtained under different designs for the main image and data analysis. Through a variety of different graphical appearance of the car model data comparison and contrast optimum model design
4、, and analysis to do the report.To learn and master the physical simulation design software COMSOL. And application software COMSOL collected different modes simulation modeling and optimization, the final result of the data obtained after the simulation and optimization were discussed.Keywords: COM
5、SOL; automotive design; simulation model4摘 要大量收集并阅读国内外关于汽车外观设计的发展历程，分析汽车外观设计的优势以及困境，对汽车外观设计的影响相关的资料和文献，达到了解汽车设计的各种技术方法的性能和特点的目的。本论文主要是通过对COMSOL仿真软件的熟悉及操作，模拟不同外观的汽车模型，尽可能多的得到不同的外观设计下的相关数据，以图像及数据分析为主。通过对各种不同外观的汽车模型的图形对比及数据对比得出最佳模型设计方案，并分析做报告。学习并掌握物理仿真设计软件COMSOL。并应用COMSOL软件对采集到的不同的模式进行建模和优化仿真，最后对仿真优化后的
6、得到的数据结果进行分析讨论。关键字：COMSOL；汽车外观设计；仿真模型目 录摘 要3目 录41 绪论12.物理模型建立42.1流体力学42.1.1应用领域42.1.2研究方法42.2湍流模型62.3 COMSOL72.3.1 COMSOL 简介72.3.2 如何使用COMSOL73. 设计过程及优化93.1分析轮廓113.1.1二维领域的离散化113.1.2边界条件123.2 建立物理模型123.3设计优化174.结论20参考文献21致 谢221 绪论随着科技的发展、时代的进步，在中国汽车的总体市场方面，最少在将来的几年里，一直到今年，随着国内生产总值(GDP)有可能以百分之八到百分之九的年
7、平均速率一直增长下去，给我们所带来的经济的发展，因为这样生活中人们对汽车的需求量也一年比一年多，根据专家的预测，到今年年底，将有超过一千万辆的中国汽车被销售。这种销售量的剧增将使中国以最快速度拿下全球第二大汽车的市场的称号，世界各个地方的多家汽车制造商、供应商的前途命运也直接被中国汽车市场这种规模影响着。如果在今后汽车发展的道路上，中国汽车汽车想要有更远大的发展前途，把制造和组装作为发展的核心是很有必要的，其主要有两个原因。其一，中国人口很多，购买力强大，所以汽车在中国的市场很大，今后的二十年汽车的销售量将会一年比一年的持续攀升。其二，在汽车制造方面中国区域有着很强大的优势：中国的劳动力价格不
8、但很低，而且人文素质较高，几千年的工业基础也有着不可抵御的庞大力量，很简单我们举个例子来说：上海通用，是通用在全世界的合资品牌中的头号模范。如果在今后的发展中上海通用再创新了自己的设计理念，那么它的发展前景在汽车市场里将会是相当远大的1。在过去的几百年里面，汽车的发展从没有间断过，其外形构造大概经历了以下这么几个阶段:期间最早的是马车型汽车，大箱型汽车，甲壳虫汽车，船型汽车。而汽车本身的发展历史也是很悠久的，不得不被载入历史记载。接下来就详细的阐述介绍了在不同的历史时期汽车的不同风格特点及在每个时期的汽车发展道路。从19世纪末到20世纪初期，汽车设计师在汽车的结构上花费了相当大的时间和精力。直
9、到20世纪前半期，汽车的基本结构框架已经全部浮出水面，于是汽车的外部造型变成了设计师们的设计焦点，并在接下来的汽车发展中不断引入新的理论，像物理学里的空气动力学和流体力学、人体工程学以及工业美学等理念，希望能够创新出满足各种阶层，甚至各种文化背景的人在汽车外形结构上的不同需求，使汽车在艺术科学的领域里以最佳形象面对大众。人类的模样被富有想象力的设计师们大胆地运用到了汽车的外形结构上。例如：将汽车的前照灯模拟成人类的眼睛；进风口设计成汽车嘴巴；空气滤清器就好比汽车肺；油路便是汽车血管；发动机是心脏；油箱就像胃一样储存实物；轮胎则是汽车的脚。尽最大可能地将一个没有生命的机械注入生命的灵魂，使它具有
10、不一般的精神力量，给使用者美的感受。汽车车身形式经历了好几个阶段，在它的发展过程中，最具有划时代意义的一款外形产品当属甲壳虫型的轿车。图1.1 (手绘汽车模型)在赛车制造上被运用到最多的造型当属楔形造型了。因为赛车是一款讲究速度的车型，我们首先考虑到的是行驶过程中空气对汽车前行产生的阻力大小因素，考虑到汽车外形对汽车各个方面的影响，可以完全应用于赛车车身，而乘坐的舒适度就不再显得那么的重要了，其设计也会被排在外形制造的下一步。楔形制造也有很多成功地案例，如在二十世纪八十年代的时候，意大利有一款相当有名的汽车制造厂商生产的法拉利跑车，它的外形就是完全运用的楔形造型，可谓是全世界跑车里的典范。将楔
11、形投身于汽车的外观造型上其最大的优点就在于造型的简单干练不繁琐、线条给人以动感，在另一方面，它也成功了体现了汽车外观造型在空气动力学方面的应用，对于目前生活中我们能够考虑到的拥有较高速度的汽车来说，楔形造型还是比较符合现在人们对汽车的要求理念，这款造型附带着很强的现代化生活韵味，体现出了那种极速那种给人很美好的感受。在日本丰田汽车有限公司制造的跑车里有一款型号为MR2型中置发动机跑车，其尾部装有挠流板，它的外观设计也是成功地运用了楔形，可以称得上是楔形汽车中的代表车之一2。针对于目前在我们所考虑到的高速汽车中，楔型几乎已经发展成为一种理想现代化的车型。现在世界上很多大汽车生产国生产的小型客车大
12、都也用上了楔型模型，这使得小客车的外观也追上了现代化汽车的理念，那些以楔型为模型的小客车的外形简洁大方，现代化韵味浓厚。我们相信楔型车在未来的发展史上将会被更大幅度的引用，并不断地改进，特别是在客车的造型上，定会是在的基础上有着新的突破。例如，车的前窗玻璃可以设计的再往前倾一些，把尾部的阶梯状去掉。车窗玻璃和车身侧面齐平，使它们在同一个平面上，调整后视镜的造型，看看在什么情况下可以获得最小的风阻力，或者在车内安装后视的电视银幕，这样可以取代在车体两侧的后视镜。总之，平滑、流畅将会是未来的小客车的造型的反战趋势。空气动力学设计将越来越被重视，其运用在汽车造型上的发展也将随着科技的进一步发展而运用
13、的更加微妙微翘，与乘坐舒适性恰当地组合设计将会带来汽车发展史上的一波接一波的设计高潮，在其发展中，只要我们充分的考虑到空气阻力和乘坐舒适性两个关键问题，努力开发工程学在人力感知领域的高新技术，把目标定得更高更远，以更完美、更优秀为标准，并将色彩的喷涂等技术成功地运用到汽车的设计当中，使之取得柔和感和透明感，在色彩中体现人与自然的完美结合，那时便会格外赏心悦目。谈完汽车造型的演变，不禁让人感叹汽车的发明历史，是人类文化历史中的又一体现，着实令人惊叹不已的一种发明案例。就在在100年前，马戏团里出现了令人激动不已的怪物，那便是汽车的雏形，在今天，在各地的公路上已有超过25亿辆汽车在行驶着。它被数百
14、万人因各种各样的目的利用着，谋生、旅游等等。人类的生活方式被汽车深深的影响着，它也改变了人们的生活，使我们的生活变得更加快节奏，以至于今天的一旦离开了汽车，不能想象我们的生活将会变成什么模样。图1.2 (手绘汽车模型)2.物理模型建立2.1流体力学在连续介质力学中，流体力学是仅仅是它的其中一小部分，主要是研究气体及液体等现象以及其它一些相关力学行为的科学理论。如果按照研究对象的运动方式可以将流体力学划分为流体静力学和流体动力学两个重要组成部分，要是按应用范围划分，则可以分为水力学，空气动力学等等。N-S方程是理论流体力学的基本方程，全称为纳维-斯托克斯方程。N-S方程由多个微分方程组成，通常要
15、想求解它，就只有通过一些边界条件或者通过数值计算的方式。它包含很多变量，其中像速度、密度、黏度、压强p，和温度T等等，而这些都是位置(x,y,z) 和时间t的函数3。水和空气与我们的生活都是息息相关的物质，在流体力学中算是研究得最普遍的流体。牛顿运动定律和质量守恒定律两大定律是流体力学的主要基础，此外在运动当中时常还会涉及到其他相关基础知识，例如考虑到温度时就会用到热力学知识，有时还需要用到宏观电动力学的一些基本定律，在计算详细参数是用到高等数学、物理学分析、化学组成等的基础知识。伯努利在1738年出版他的著作时，首先将水动力学这样一个流体力学名词作为书名。直到1880年前后空气动力学这个名词才真正的腾空出世。在1935年以后，人们将这两方面的知识概括在了一起，建立了一个比较统一的体系，并命名为流体力学4。2.1.1应用领域流体包含很多方面，除水和空气可以称之为流体之外，水蒸气、生活中机械运转用到的石油、含泥沙的江水、人和动物的血液、超高压作用下的液态金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等可以在空间流动的介质通称为流体。流体力学知识在生活中、科技创新中
