一种基于cae仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于CAE仿真技术的优化设计技术领域，尤其是一种基于CAE仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法。
【背景技术】
[0002]随着列车运行速度的提高，列车与空气间相互作用加剧，气动阻力随列车运行速度的平方增加，而所需功率随速度的立方增加。因此，人们开始追求流线型的列车整体外形设计。列车的整体流线型设计可分为车身的基础形状选型、整体流线型设计和局部优化设计3个阶段。前2个阶段往往在新车型设计前期发挥重要作用，而局部优化设计阶段则是在保证车体整体造型风格不变的前提下，对车体的局部细节进行优化设计，在设计后期发挥至关重要的作用。
[0003]现有的受电弓导流罩存在以下矛盾:
[0004](I)导流罩高度导流罩高度若增加，则受电弓阻力下降、导流罩阻力增加，两者总体阻力增加或降低需要权衡；
[0005](2)导流罩坡度若变缓，则受电弓阻力增加，导流罩阻力下降，两者总体阻力增加或降低需要权衡，也存在一种最优平衡位置；
[0006](3)气动载荷同时影响结构强度，导流罩需要兼顾气动和结构耦合场之间的相互影响。
[0007]因此受电弓导流罩优化问题主要归结为空气动力学和结构强度问题，采用碳纤维复合材料对导流罩进行铺层设计，以达到增加结构强度、刚度并减重的目的。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是:对导流罩进行优化设计，寻求最优设计方案。为了解决上述问题，提供一种一种基于CAE仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于CAE仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法，包括以下步骤:
[0010](I)对碳纤维导流罩优化设计工作进行指标分解，拟定以受电弓导流罩高度、前展度、厚度为优化对象，以受电弓导流罩阻力、强度、质量作为目标函数，对碳纤维导流罩进行优化；
[0011](2)初步拟定碳纤维导流罩的关键设计数据进行建模；
[0012](3)对步骤(2)中建立的三维试验模型定义单元，划分网格，利用Sculptor
[0013]在受电弓导流罩初始方案网格节点外面加上一个控制域，通过控制域上的控制点坐标系的缩放、旋转、平移，实现实时网格参数化变形；
[0014](4)对碳纤维导流罩三维试验模型施加载荷，进行导流罩结构强度的分析计算，进而提取导流罩的应力与变形；
[0015](5)通过CAE分析碳纤维导流罩的数据模型及计算结果，并对多目标结果进行判断，确定最优解，如果不是最优解，则返回步骤(3)、步骤(4)，开始新一轮寻优，如果是最优解则停止计算。
[0016]在仿真计算三维试验模型的仿真值之前，定义材料参数属性。
[0017]本发明的有益效果是，采用CAE仿真技术进行结构分析，取代了传统的经验判断和理论强度校核计算方法，提高了验证分析的效率和准确性。
【具体实施方式】
[0018]一种基于CAE仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法，包括以下步骤:
[0019](I)对碳纤维导流罩优化设计工作进行指标分解，拟定以受电弓导流罩高度、前展度、厚度为优化对象，以受电弓导流罩阻力、强度、质量作为目标函数，对碳纤维导流罩进行优化；
[0020](2)初步拟定碳纤维导流罩的关键设计数据进行建模；
[0021](3)对步骤(2)中建立的三维试验模型定义单元，划分网格，利用Sculptor
[0022]在受电弓导流罩初始方案网格节点外面加上一个控制域，通过控制域上的控制点坐标系的缩放、旋转、平移，实现实时网格参数化变形；
[0023](4)对碳纤维导流罩三维试验模型施加载荷，进行导流罩结构强度的分析计算，进而提取导流罩的应力与变形；
[0024](5)通过CAE分析碳纤维导流罩的数据模型及计算结果，并对多目标结果进行判断，确定最优解，如果不是最优解，则返回步骤(3)、步骤(4)，开始新一轮寻优，如果是最优解则停止计算。
[0025]在仿真计算三维试验模型的仿真值之前，定义材料参数属性。
[0026]本发明采用CAE仿真技术进行结构分析，取代了传统的经验判断和理论强度校核计算方法，提高了验证分析的效率和准确性。
【主权项】
1.一种基于CAE仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)对碳纤维导流罩优化设计工作进行指标分解，拟定以受电弓导流罩高度、前展度、厚度为优化对象，以受电弓导流罩阻力、强度、质量作为目标函数，对碳纤维导流罩进行优化； (2)初步拟定碳纤维导流罩的关键设计数据进行建模； (3)对步骤(2)中建立的三维试验模型定义单元，划分网格，利用Sculptor在受电弓导流罩初始方案网格节点外面加上一个控制域，通过控制域上的控制点坐标系的缩放、旋转、平移，实现实时网格参数化变形； (4)对碳纤维导流罩三维试验模型施加载荷，进行导流罩结构强度的分析计算，进而提取导流罩的应力与变形； (5)通过CAE分析碳纤维导流罩的数据模型及计算结果，并对多目标结果进行判断，确定最优解，如果不是最优解，则返回步骤(3)、步骤(4)，开始新一轮寻优，如果是最优解则停止计算。
2.如权利要求1所述的一种基于CAE仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法，其特征在于:在仿真计算三维试验模型的仿真值之前，定义材料参数属性。
【专利摘要】本发明涉及一种基于CAE仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法，包括(1)对碳纤维导流罩优化设计工作进行指标分解，(2)拟定碳纤维导流罩的关键设计数据进行建模，(3)对建立的三维试验模型定义单元、划分网格和实时网格参数化变形，(4)施加载荷，进行导流罩结构强度的分析计算，(5)对仿真结果进行分析、处理等步骤，采用CAE仿真技术进行结构分析，取代了传统的经验判断和理论强度校核计算方法，提高了验证分析的效率和准确性。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104615816
【申请号】CN201510041272
【发明人】朱陆林, 吴志强, 包成栋
【申请人】武进高新技术创业服务中心
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月27日