（机械制造及其自动化专业论文）基于连向工程的汽车车灯热分析研究.pdf

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d i m e n s i o n a l m o d e lo fh e a d l a m p sw a sr e c o n s t r u c t e db yc a t i a ，t h e nt h ea n a l y s i sm o d e lb a s e do n r e v e r s em o d e lw a se s t a b l i s h e d i n t r o d u c i n gr e v e r s em o d e li n t ot h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s s o f t w a r ea n s y s ，w i t ht h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o dt oc a l c u l a t e da n da n a l y z e dt h e f l o wf i e l da n dt e m p e r a t u r ef i e l di n s i d et h eh e a d l a m p ，d i s p l a y i n gt h ed i s t r i b u t i o no ft h e m f o g g i n gi s s u e so ft h eh e a d l a m pc a u s e db yi n t e r n a l l o c a la i rf l o w e ds l o w l yo rp a r to f r e g i o n a lt h a tw a sl o w e rt e m p e r a t u r ew a s s t u d i e d t h el o c a t i o na n dc a u s eo ff o g g i n g a c c o r d i n gt ot h et e m p e r a t u r ef i e l da n df l o wf i e l dw a sa n a l y z e d b ya n g l i c i z i n gt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fl o g g i n go fh e a d l a m p ，t e m p e r a t u r ea n d f l o wf i e l d ，c o n c l u s i o nt h a t f o g g i n gi s s u e sw o u l db ef o r m a a e d i nt h ep a r to fl o w t e m p e r a t u r e ，n a r r o ws h a p eo ft h er e g i o n a la r e aa n ds l u g g i s h a r e a sw e r ef o u n d t h e p r o g r a mt h a tt h ed i s t r i b u t i o no ft e m p e r a t u r ea n df l o wf i l e di si m p r o v e db ys e l e c t i n gt h e l i i nt h ed e s i g no fh e a d l a m po rc h a n g i n gt h es t r u c t u r eo fh e a d l a m pw a sp r o p o s e d a tt h e s a m et i m e ，i m p r o v i n gp r o d u c t i o np r o c e s s e sa n di n s t a l l a t i o no fh e a d l a m pt or e d u c et h e p h e n o m e n o no ff o gl i g h t sh a v eap o s i t i v ee f f e c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h er e v e r s ee n g i n e e r i n ga n dt h e r m a la n a l y s i sm e t h o di n t ot h e h e a d l a m pd e s i g n ，a n a l y z e do fl a m pi n t e r n a lf o g g i n gm e c h a n i s ma n di n f l u e n c i n gf a c t o r s ， a n dp o i n t e do u tt h a tt h em a t e r i a l s ，i n t e r n a lf l o wf i e l da n dt e m p e r a t u r ef i e l dd i s t r i b u t i o no f h e a d l a m pw e r ei m p o r t a n tf a c t o ro ff o g g i n g ，a n dp r o p o s e dc o u n t e r m e a s u r e sa c c o r d i n gt o t h e s ef a c t o r s t h i sm e t h o dh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et ot h eo p t i m a ld e s i g no fa u t o m o t i v e h e a d l a m p k e y w o r d s ：h e a d l i g h t s ，r e v e r s ee n g i n e e r i n g ，t h e r m a la n a l y s i s ，o p t i m i s t 1 1 1 基丁二逆向：i ：程的汽车车灯热分析研究 目录 第一章绪论。1 1 1 引言1 1 2 汽车车灯简介1 1 2 1 汽车车灯的发展史1 1 2 2 汽车车灯的类型3 1 2 3 汽车车灯的组成4 1 3 车灯设计研究现状5 1 3 1 传统车灯设计开发流程5 1 3 2 车灯热分析研究现状6 1 4 逆向工程概述7 1 4 1 逆向工程简介7 1 4 2 逆向工程的应用9 1 5 热分析研究方法简介l o 1 6 逆向工程和热分析结合的研究方法1 1 1 7 本课题研究思路和内容1 l 1 7 1研究思路1l 1 7 2 研究内容：12 第二章汽车车灯内部传热理论分析研究。1 3 2 1 热分析理论13 2 1 1 传热学经典理论1 3 2 1 2 三种基本方式13 2 2 车灯内部的传热分析1 4 2 2 1车灯零件的热传导1 5 2 2 2 车灯内部空气的热对流1 7 2 2 3车灯工作时的热辐射18 2 3 有限元法在车灯热分析中的应用2 0 2 3 1 三类边界条件21 2 3 2 初始条件2 2 2 3 3 车灯温度场微分方程2 2 2 3 4 单元的剖分和温度场的离散2 3 i v 江苏人学硕j 卜学位论文 2 3 5 有限单元法的总体合成2 5 2 4 本章小结一2 6 第三章汽车车灯的逆向设计2 7 3 1 汽车车灯零件表面特征数据的采集2 7 3 1 1 数据采集方法2 7 3 1 2 数据采集设备a t o s 简介2 8 3 1 3 车灯零件表面特征的数据采集3 0 3 2 逆向造型软件的选取3 2 3 2 1 逆向工程对c a d 软件功能的要求3 2 3 2 2 选取逆向造型软件3 3 3 3 模型重建技术3 4 3 3 1模型重建流程3 4 3 3 2曲面造型方法3 4 3 3 3 模型精度评价3 6 3 4 车灯部件c a d 模型逆向重建3 7 3 5 车灯有限元分析模型的建立4 0 3 5 1车灯温度场有限元分析模型4 1 3 5 2 车灯流场有限元分析模型。4 2 3 6 本章小结j 4 3 第四章汽车车灯温度场有限元分析。4 4 4 1 确定分析类型4 4 4 2 单元选定和网格划分4 5 4 2 1 分析单元的选定4 5 4 2 2网格的划分4 6 4 3 角系数矩阵的生成4 8 4 3 1 定义辐射面4 8 4 3 2 生成角系数矩阵4 9 4 3 3 角系数矩阵用于热分析4 9 4 4 车灯温度场有限元分析的加载及边界条件的确定4 9 4 5 车灯温度场的计算结果及分析5 0 4 6 本章小结：5 1 v 基丁逆向j i ：程的汽车乍灯热分析研究 第五章汽车车灯流场有限元分析5 2 5 1c f d 相关简介5 2 5 2a n s y s 的f l o t r a n 功能5 3 5 2 1f l o t r a n 功能简介5 3 5 2 2f l o t r a n 分析过程5 3 5 3 车灯内部流场分析5 5 5 3 1确定分析区域5 5 5 3 2 确定流体属性和生成有限元模型5 5 5 3 3 旌加边界条件和设置f l o t r a n 参数5 7 5 3 4 流场计算结果及分析5 7 5 4 本章小结5 9 第六章结果分析与优化6 0 6 1 车灯结雾的机理分析6 0 6 2 消除结雾的改进优化6 1 6 2 1 车灯设计方面的优化6 l 6 2 2 车灯工艺方面的优化6 6 6 3 本章小结6 7 第七章总结与展望。6 8 7 1 总结6 8 7 2 展望一6 9 参考文献7 0 致谢7 3 攻读硕士学位期间发表的论文7 4 v i 1 1引言 当代汽车技术日益提高，汽车的拥有量也急剧增加，车灯是汽车的眼睛，它是 汽车主动安全即预防事故的主要组成部分，对汽车的安全行驶起着十分重要的作用 l i 2 j 。据统计，车辆总行驶罩程的2 5 是在晚上和自然光线不足的情况下行驶的，而 在此间发生的行车事故占到总事故的3 3 ，并且5 0 的死亡事故发生在夜间1 3 j 。 人类对主动安全认识的提高促进了车灯的发展，随着车灯的发展，它的功能不 仅仅局限于照明，现代车灯的主要功能是照明和信号，照明功能是指车灯发出的光 可以照亮车体前方的道路情况，使驾驶者可以在黑夜早安全的行车；信号功能是指 驾驶者通过车灯向外界发出自己的行车意图，让其他驾驶者提前做好准备，并且形 成了专用的汽车灯语。据统计驾驶员8 0 以上的交通信息是通过视觉获得的，这些 信息在光线状况良好的白天可以较为容易获得，但是在遇到雨、雾、雪、烟尘或漆 黑的夜晚时，良好的车灯工作状况就成为人们安全行驶的保障1 4 j 。在保证车灯良好 工作性能的同时，作为汽车前部的重要部件，现代车灯外形的美观也逐渐地受到人 们的重视。美观的车灯形状，对汽车的整体外观有着重要的装饰作用1 5 j 。 在汽车的行驶过程中，车灯的使用较为频繁，而随着汽车使用时间的增长，车 灯会逐渐暴露出一些有碍使用的问题1 6 岱j 。首先，由于车灯散热不好，使车灯局部温 度过高，从而导致灯内塑料零件加剧老化和反光镜上化学物质的挥发，使照明效果 大大减弱。其次，由于车灯内部会出现结雾现象，车灯结雾会影响车灯的性能和外 观，水蒸汽在车灯反射镜和透镜表面的凝结会导致车灯材料的腐蚀，并因此带来一 系列的问题，雾气形成对车灯内部的光线的影响，水珠对光的散射吸收使得车灯的 光学性能产生偏差、失调，水雾现象亦会影响汽车的整体美观【9 】。目前，车灯的结 雾现象，严重影响车灯使用寿命和照明质量，是一个亟待解决的问题。 1 2 汽车车灯简介 1 2 - 1 汽车车灯的发展史 据记载第一个汽车前大灯是家用手提灯。1 8 8 7 年，一个驾驶员在黑暗的旷野上 基于逆向。l ：样的汽车下灯热分析研究 迷路时，一位农民用手提灯把他引叫家。1 8 9 8 年，哥伦比亚号电动汽车把电用于前 灯和尾灯，这样车灯就诞生了。最初的前大灯不能调光，所以在会车时有些晃眼， 为了克服这个缺点，后来采用了附加光度调节器。这种前大灯可以在垂直方向移动， 但驾驶员必须下车搬动夹具装置l l o l 。从早期乙炔气前照灯发展到当今的自由面反射 镜气体放电前照灯，差不多经历1 3 0 年，其演变过程如下1 1 1 , 1 2 j ： 第一代乙炔气前照灯。前照灯具有高的轮廓亮度，乙炔气火焰的亮度比当 时的电光源所能达到的亮度高出一倍，因而在1 9 2 5 年以前使用的汽车前照灯几乎 全是乙炔气前照灯。 第二代电光源前照灯。1 9 1 3 年带螺旋灯丝的充气白炽灯泡问世，因其具有 较高亮度，给电光源前照灯开辟了广阔的前景。然而由于当时汽车电气设备系统的 制约，直到1 9 2 5 年，电气照明彳。得到广泛的应用。 第三代双光灯芯前照灯。具备高轮廓亮度充气灯泡的电前照灯一装在汽车 上，就出现了在交会车时，因前照灯的强光造成驾驶员炫目而导致交通事故的发生。 因而，对前照灯的设计提出了两个互不相容的要求：一个是如何在不小于1 0 0 m 的 距离内使道路和高度至少为2 2 5 m 的障碍物得到良好的照明；另一个是如何使迎面 车辆驾驶员不炫目。汽车会车时的这种炫目问题，仍是汽车照明技术中最难以解 决的问题。为解决会车炫目的问题，1 9 2 4 年，欧洲发明了双光灯芯前照灯之后， 美国也出现了带双丝灯泡的前照灯。 第四代不对称近光前照灯。双光灯芯前照灯系统属于对称近光系统，近光 光型的左右两侧完全相同，因而左、右两侧行驶皆适用。但由于行车光( 远光) 变 到会车光( 近光) 时，视见距离缩短，迫使车速降低。为解决在会车过程中，前照 灯既不产生炫目，又能保证对道路具有良好的照明，1 9 3 2 年美国发明了不对称前 照灯，它是以基准轴为中心，将光束一分为二，靠近来车一侧的落地距离短( 即光 束压低，从而防炫) ，而另一侧光束的落地距离长( 即光束抬高，从而增加视见) 。 第五代卤钨前照灯。第一批装有卤钨灯泡的汽车前照灯是由法国“斯贝” 公司在1 9 6 4 年生产的，其灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高，光效增加约5 0 ， 寿命也增加一倍。 第六代自由面反射镜前照灯及h i d 灯( 氙气灯) 。自由面反射镜，即使用 凸透镜聚光技术的前照灯。自由面反射镜前照灯为代表的现代汽车前照灯在发光原 2 江苏大学硕十学位论文 理、结构形式以及制造材料等方面又发生了一系列的重大变化。氙气灯所发出的光 照亮度是普通卤素灯的两倍，而能耗仅为其三分之二，使用寿命可达普通卤素灯的 十倍。氙气灯极大地增加了驾驶的安全性与舒适性，还有助于缓解人们夜间行驶的 紧张与疲劳。 第七代l e d 前照灯。最新的研究结果表明，未来五年内，白光大功率l e d 技术将大幅度代替目前的各种照明产品，而且将适用于汽车的各种照明，包括：前 照灯、刹车灯、雾灯、应急灯、车内照明等。l e d 具有高安全性、运行平稳、节约 电力、寿命长等多种优点，是未来车辆照明的一个发展趋势f 3 】。 继微电子革命后，半导体技术孕育着一场新的照明革命。美国、日本、韩国等 国家和地区，近年来相继推出半导体照明计划，投入巨资进行研发。为了抓住这一 机遇，2 0 0 4 年，国家科技部会同有关部门共同启动了“国家半导体照明工程”，大 力发展发光二极管( l e d ) ，并将汽车行业作为其市场突破口。为了营造更安全的驾 驶坏境，专家们正在努力研发各种车灯新产品。 1 2 2 汽车车灯的类型 汽车灯具以其功能不同可分为两大类：照明灯具和信号灯具。照明灯具包括： 前照灯、前雾灯、倒车灯、侧照灯等；信号灯具包括：位置灯、示廊灯、转向信号 灯、制动灯、后雾灯、牌照灯以及回复反射器等。其中，前雾灯和倒车灯既是照明 灯也是信号灯。前照灯即俗称的前大灯，以其装用的光源不同，可分为气灯( 气体放 电灯) 及电灯( 灯丝灯) 。电灯又分为白炽灯和卤钨灯【1 4 】。 目前，我国主要使用的是电灯泡，前照灯包括近光灯及远光灯。近光灯是当车 辆前方有其它道路使用者时，不致使对方炫目或不舒适感所使用的近距离照明灯 具，即会车时使用的灯；远光灯是当车辆前方无其它道路使用者时所使用的远距离 照明灯具。 根据车灯数目不同，有两灯制、四灯制之分。四灯制前照灯并排安装时，装于 外侧的一对应为近、远光双光束灯；装于内侧的一对应为远光单光束灯。远光灯一 般为4 0 - - 6 0 w ，近光灯一般为3 5 5 5 w 【1 5 1 。 通常，按前照灯光学组件的结构不同，可将其分为可拆式、半封闭式和封闭式 前照灯三种【1 6 1 。 3 基丁逆向l ：科的汽下车灯热分析研究 ( 1 ) 可拆式前照灯。可拆式前照灯由于反射镜和反射壁分别安装而构成组件， 因此气密性差，反射镜易受湿气和尘埃污染而降低反射能力，严重降低照明效果， 目前已很少采用。 ( 2 ) 半封闭式前照灯。其配光镜靠卷曲反射镜边缘上的牙齿而紧固在反射镜 上，二者之间挚有橡皮密封圈，灯泡只能从反射镜后端装入。当需要更换损坏的配 光镜时，应撬开反射镜外缘的牙齿，安上新的配光镜后，再将牙齿复原。由于这种 灯具减少了对光学组件的影响因素，维修方便，因此得到广泛使用。 ( 3 ) 封闭式前照灯。封闭式前照灯( 又叫真空灯) ，其反射镜和配光镜用玻璃 制成一体，形成灯泡，罩面充以惰性气体。灯丝焊在反射镜底座上，反射镜的反射 面经真空镀铝。由于封闭式前照灯完全避免反射镜被污染以及遭受大气的影响，因 此其反射效率高，照明效果好，使用寿命长，得到了很快的普及。但当灯丝烧断后， 需要更换整个总成，成本高，因此限制了它的使用范围。 本课题研究的汽车车灯就属于半封闭式车灯。 1 2 3 汽车车灯的组成 汽车车灯包括灯罩、灯座和灯具总成【17 1 。 现代车灯灯罩的材料一般是p c ( 聚碳酸酯) 。p c 是一种无定型、无臭、无毒、 高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲 击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高，具有良好的耐热性和耐低温性，在 较宽的温度范围内具有稳定的力学性能。 灯座的材料一般是a b s 树脂( 丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物) ，a b s 是 a c r y l o n i t r i l eb u t a d i e n es t y r e n e 的首字母缩写) 是一种强度高、韧性好、耐腐蚀、耐 高温、易于加工成型的热塑型高分子材料。 汽车灯具总成的基本组成部分是灯光组，灯光组包括三部分：光源( 灯泡) 、反 射镜及配光镜【1 引。 ( 1 ) 灯泡。汽车前照灯使用的灯泡有充气灯泡、卤钨灯泡和高压放电氙气灯 三种。普通灯泡是将内部抽真空后再充入混合惰性气体，亮度有限，钨会蒸发使灯 泡发黑。卤钨灯泡是利用卤钨再循环的原理制成的，钨不会蒸发和发黑，亮度提高， 寿命延长。高压放电氙灯的灯泡没有灯丝，在石英管中装有两个电极，管内充有氮 4 江苏大学硕+ 学位论文 气和微量元素，利用高压放电，产生弧光，亮度是卤钨灯泡的三倍，寿命是其五倍。 ( 2 ) 反射镜。反射镜材料一般是玻璃纤维增强不饱和团状模塑料( b m c ) ，它 的表面形状呈旋转抛物面，其内表面镀银、铝或镀铝，然后抛光。由于镀铝的反射 系数可以达到9 4 以上，机械强度也较好，所以现在一般采用真空镀铝。反射镜的 作用就是将灯泡发出的散射光线聚合成集中的平行光束，提高光的强度，保证车前 1 5 0 - 4 0 0 m 范围内得到足够的照明。 ( 3 ) 配光镜。配光镜材料一般是玻璃纤维增强不饱和团状模塑料( b m c ) ，它 的几何形状比较复杂，外形一般为圆形或矩形。配光镜的作用是将反射镜反射出的 平行光束进行折射，使车前路面和路线都有良好而均匀的照明。配光镜具有弥补反 射镜的前照灯光束太窄、照明不大的缺点。 1 3 车灯设计研究现状 1 3 - 1传统车灯设计开发流程 传统车灯的开发设计流程1 1 9 2 0 见图1 1 。其中，效果设计是根据客户需求进行 车灯的创意构思并进行2 d 草图绘制，然后制作效果图，见图1 2 。结构设计是利用 三维软件根据确认后的效果图，在灯具型面数模的基础上架构灯具布置，进行具体 的结构设计，见图1 3 。光学设计是根据需求进行各种车灯的光形设计工作，并可 严格保证车灯的光形设计要求，见图1 4 。第五步是模具设计阶段，模具在很大程 度上决定着车灯产品的质量、效益和新产品开发能力，它为车灯的生产制造做准备。 设计评估是产品设计结束后分析产品成型工艺的可执行性和设计是否满足产品的 设计要求。 客 效 结光 模设 生 户 果 构 、 学 具 计 产 需 0 设 v 。 设 v 。 设 0 设 0 评 0 制 求计计计计估造 图1 1 传统车灯设计开发流程图 f i g 1 1f l o w c h a r to fd e s i g no ft r a d i t i o n a ll a m p 5 基丁逆向i ：稃的汽乍车灯热分析研究 曼爹二：；祭 ? | | 一爹乞： 篆，i ；矽彳， 两7 毒 7 鬻 图1 3 结构设计 f i g 1 3s t r u c t u r a ld e s i g n 1 3 2 车灯热分析研究现状 图1 4 光学设计 f i g 1 4o p t i c a ld e s i g n 汽车车灯是一个复杂的发光系统，尤其是汽车前大灯功率大，发光时间长，灯 体内部配光镜上反光材料在高温长期作用下会逐渐失去光学效能，影响车灯照明效 果，从而影响行车安全。因此，研究车灯内部温度分布，设法降低灯内温度，具有 十分重要的实际意义。 1 9 9 8 年，h o i n e s 等6 8 1 研究了环境对车灯内部水雾凝结的影响，通过实验研究 外部环境通过排气孔对车灯内部结雾的影响。研究表明：排气孔的个数、位置对车 灯结雾均有一定的影响。 6 江苏人。学硕十学位论文 2 0 0 0 年，徐小平等1 9 】研究了汽车车灯内部存在的结雾问题对车灯使用效果的影 响。从热分析角度，分析由于车灯内部存在流动死区和低温区，以及环境湿度大同 时车灯的透气性差等原因引起的雾气问题。 2 0 0 1 年，黄宝陵等2 1 2 2 1 将热设计概念引入到车灯设计中，对车灯内部结雾的凝 结机理、影响因素等进行了分析，采用红外热成像和热电偶方法对某型车灯进行测 温验证。 2 0 0 3 年，郝京阳等1 2 3 1 针对车灯内部出现的结雾和局部温度过高问题，用数值模 拟方法对车灯内部流场、温度场进行了计算和分析，并对计算结果进行了实验验证。 2 0 0 5 年，周刻2 4 1 研究了汽车车灯在使用过程中存在着结雾和热变形等热问题， 并进行了相关实验，指出这些问题和车灯温度场的不合理分布有密切的关系。 2 0 0 6 年，游学兵对车灯结雾问题和配光镜表面温度分布进行了试验。在试验 结果基础上，对车灯结构优化提出了改进意见。 2 0 0 7 年，孟小文f 2 6 】从热分析角度，利用数值模拟方法对车灯内部流场和温度场 进行了计算和分析，研究了车灯内部局部湿空气流动缓慢以及车灯配光镜和反射镜 部分区域温度较低引起的结雾问题，分析了车灯中存在雾气现象的各种形成原因。 2 0 0 8 年，林康1 2 7 1 针对车灯使用过程中经常出现的车灯银纹、烧焦、热变形等问 题，在现有的快速模型基础上，研究车灯温度场计算的关键技术，并进行温度场及 热应力计算，研究车灯的热变形问题。 2 0 0 9 年，康宁2 8 1 利用f l u e n t 软件对某型轿车后灯的热问题进行了研究，通 过调整换气口对灯体周围流场和温度场进行了数值模拟，分析了换气口的位置和大 小对车灯流场和温度场影响。 1 4 逆向工程概述 1 4 1逆向工程简介 逆向工程( r e v e r s ee n g i n e e r i n g ，r e ) ，也叫反求工程，是一项以先进产品， 设备的实物、样件、软件( 包括图样、程序、技术文件等) 或影像( 图片、照片等) 作 为研究对象，应用现代设计方法学，生产工程学、材料学和相关专业知识进行系统 的分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类比更为先进的产品的技术【2 9 1 。 7 基丁逆向吲鼙的汽乍乍灯热分析研究 逆向工程技术现己广泛地用于产品的复制、仿制、改进及创新设计。利用逆向工程 技术，可以直接在国内外已有的先进产品的基础上进行结构性能分析、设计模型的 重构、再设计优化与制造，吸收并改进国内外先进的产品和技术，极大的缩短产品 开发周期，更重要的是可以快速赶上世界先进生产技术水平，有效地占据市场，领 导技术前沿。因此逆向工程是一个“认识原型一再现原形一超越原型”的过程，如 图1 5 逆向工程工作流程【3o ，3 。 图1 5 逆向工程工作流程图 f i g 1 5r e v e r s ee n g i n e e r i n gf l o w c h a r t 目前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物的逆向重构上，即产品实物 的c a d 模型重构和最终产品的制造，被称为“实物逆向工程”。这种从实物样件获 取产品数学模型并制造新产品的相关技术，已成为c a d c a m 系统中的一个研究及应 用热点，并发展成为一个相对独立的领域。在这一意义下，实物逆向工程可定义为： 将实物转变为c a d 模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总 称。逆向工程包括以下几个关键技术：实物数据测量、测量数据预处理、数据分割 与曲面重构、整体c a d 模型重建( 曲面的建立、裁剪、光顺等) 、重建数字模型的精 度分析评价( 表面质量、产品可加工性等) 、快速原型( r p ) 等。广义上的逆向工程包 括形状( 几何) 反求、工艺反求和材料反求等诸多方面，进行这些反求的目的，就是 要完全理解产品的制造过程。以这种理解为基础，那么，无论是在系统级别还是在 零件级别的设计生产上，都会产生一种更好的产品。所以说，逆向工程是一项集技 江苏人学硕十学位论文 术性、开拓性和综合性于一体的系统工程。 1 4 2 逆向工程的应用 在制造业领域内逆向工程有广泛的应用背景。大致可分为以下几种情况1 3 2 。5 】： ( 1 ) 对产品的仿制和改型设计。在没有产品的设计图纸和三维c a d 模型的情 况下，利用逆向工程技术进行数据测量和处理，构造与样件相符的c a d 模型，并在 此基础上进行改型和设计，进而将此模型用于产品的分析和制造中，从而实现产品 的仿制和改进。通过产品仿制可以吸收先进的设计制造成果，从而使产品设计起点 高、周期短、见效快。为了提高产品的质量和竞争力，再创新才是反求的目的。目 前在我国，逆向工程在新技术和新产品的消化、吸收及创新，进口产品国产化的进 程中起着不可代替的作用，被广泛地用于汽车、家用电器等产品外形的修复、改造 和创新设计。 ( 2 ) 在新产品开发中的应用。外形设计师倾向使用产品的比例模型，以便于 产品外形的美学评价，最终通过运用逆向工程技术将这些比例模型用数学模型表 达，通过比例运算得到美观的真实尺寸的c a d 模型。 ( 3 ) 在模具制造中的应用。逆向工程技术在模具制造中的应用主要体现在两 个方面：一是以样本模具为对象。对已符合要求的模具进行测量并反求出其c a d 模 型，从而加工出模具，这样可以提高生产率，降低成本。二是以实物零件为对象。 首先要将实物转化为c a d 模型，继而在此模型基础上进行模具设计。 ( 4 ) 用于快速成型制造。原型在产品的实验分析、评估、装配检查、供应商 与客户的沟通等方面起着重要的作用，原型制作己成为产品开发中的重要程序。运 用快速成型技术可以将逆向设计的模型转变为具有一定功能的原型或直接制造零 件，用以对产品设计进行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期。 逆向工程的建模技术为快速成型提供所需的c a d 模型。两者相结合一方面为提高工 程设计、加工、分析的质量和效率提供充足的信息，另一方面可以及早验证产品质 量和评估市场反应。 ( 5 ) 艺术品、考古文物的复制。 ( 6 ) 人体中骨头和关节等的复制、假肢制造。 随着计算机软硬件水平的提高，模型重建方法的完善，逆向工程技术的应用会 9 基于逆向：程的汽车车灯热分析研究 越来越广泛。逆向工程在国外应用的比较早，目前的应用技术已经比较成熟。在我 国，逆向工程技术是在2 0 世纪9 0 年代后期才迅速发展和推广的。尤其是最近几年， 逆向工程技术越来越多的被应用于汽车工业上。 1 5 热分析研究方法简介 热分析( t h e r m a la n a l y s i s ) 是广泛应用于描述物质的性质与温度的关系的一类 技术，是对各类物质在很宽的温度范围内进行定性、定量表征的及其有效的手段， 广泛地应用于诸多领域的基础与应用研究。热分析的研究方法主要包括解析法、实 验分析法和数值模拟法【3 8 1 。 ( 1 ) 解析法 解析法是以数学方法为基础求解定解问题，并得出用函数形式表示的解。这个 函数表示所在区域内的一种连续的温度分布。它利用传热工程学中的基本公式及推 导公式对一些较简单的热阻问题直接计算，从而求出所需要的设计参数。此方法简 单易于使用，且所求得的解精确可靠。解析法适合用于有规则边界条件的问题，因 而求解范围非常有限，只能用于求解比较简单的问题或设计过程中某一项独立的问 题，不能解决较复杂的问题。 ( 2 ) 实验分析法 实验分析法通常是根据红外热像仪等分