工业造型设计教学中CFD软件的应用.doc

工业造型设计教学中CFD软件的应用 现代CFD技术经过三个历史阶段的发展,己趋于成熟、实用,商业软件基本做到了如果是流态的,我们就可能对它进行分析.该技术在与流动有关的工程中的应用越来越广泛,在产品的原型设计、参数化设计与虚拟实验、设计优化方面表现出明显的优越性.文章还提出了对工程类学生进行三大类应用软件教育的必要性.下面是小编搜集整理的相关内容的论文欢迎大家阅读参考 摘要：为提高工业设计专业学生的工程实践能力本文以工业设计专业交通工具课程设计为例浅谈如何将CFD软件与车身造型设计教学相结合尝试性的教学实践证明：这一利用CFD软件替代传统风洞试验的教学方法可以进一步激发学生对造型设计和流体分析的学习兴趣并加深对基本理论的理解 关键词：工业设计;CFD;交通工具;流体分析 一、前言 工业设计是一门结合工业工程技术与艺术美学相互交叉形成的以现代化批量生产的工业产品造型设计为主要研究对象的新兴学科在教学当中如何激发学生的创新思维能力全面提高学生的综合素质培养具有创新意识和能力的创新型人才是当前工业设计专业教育的重中之重笔者从事工业设计专业教学多年深刻的认识到在教学中引入新兴技术是将理论教学与实践教学相结合的最佳方法交通工具课程设计的课题如果放在企业中设计人员往往可以根据一些客观的美学规律来进行前期的外观设计1之后再进行流体分析以分析结果为基础进行修改从而得到最终的设计方案但这一方法放到教学当中却存在很多问题首先风洞试验耗时长且成本高不能满足学生大量实验的要求其次风洞试验后期结果的分析处理需要大量的计算和数据归纳处理对于本科生来说实验难度偏高由于上述原因目前国内将风洞试验真正引入本科教学的高校很少 二、流体分析与课程设计的具体结合 交通工具课程设计主要就是针对车辆的外观造型来进行改良设计或概念设计随着社会的发展社会意识和审美观念的改变追求独特使得现代人对汽车样式的个性化设计要求越来越高车身设计发展到今天仅满足审美方面的需求是远远不够的在油价飞涨的今天由汽车造型的气动最优化而带来的低能耗设计无疑是众多消费者追捧的对象车身外观的气动最优化在汽车车身造型发展史中是人们一直追求的目标据测试一辆汽车以每小时一百公里的速度行驶时发动机输出功率的百分之八十都用来克服空气阻力通过空气动力学分析汽车运行时的受力情况是汽车燃油性、环保性的主要的决定因素之一所以学生们在进行车身造型设计时对自己设计方案的气动特性进行优化与分析就成了必不可少的一个学习环节 三、教学案例 3.1空气动力学设计分析 汽车在运行中围绕汽车重心所受到的空气阻力分为三个方向：纵向、侧向和垂直方向汽车前端的不同形状会产生不同的压力系数其风阻系数也会不同理论上来说完全流线型的前端曲面是最理想的设计但是其可行性并不高所以在设计时将汽车前端通过添加圆角的方法来尽量使汽车的前端曲线光滑同时降低汽车的前端使其与汽车的前盖呈现出光滑坡度的组合就可以得到较好的空气动力性效果2空气动力学在汽车车身造型设计的应用则主要是研究汽车在行驶过程中汽车周围的空气流动状况和汽车所受空气阻力的大小本文中所用的测试模型设计主要是应用空气动力学通过减小迎风面积和降低风阻系数来进行优化的 3.2fluent分析流程 Fluent软件用来模拟在一定范围内的流体的复杂流动通过多种求解方法和多重网格划分等技术来求出汽车在流体力场所受产生的压力图速度等值线图等图形对于车身造型的研究提拱了良好的理论以及和技术支持由于软件计算的复杂性等原因先需要建一个大体的粗模然后用gambit软件进行网格划分最后再将文件导入到fluent软件中进行相应的计算为了节省不必要的计算时间应该对车型进行最大程度的简化删除多余细节只保留主要的曲面形状将车身沿中轴线分为对称的两个部分在做分析时只需要分析一半同样可以获得整车的效果将车身主要曲面划分成规整的矩形这样的面是最有利于计算的将3个不同的车体造型网格导入fluent之后开始建立求解模型然后进行求解控制设置并且调整参数完成迭代计算后等待结果收敛完成后就可以观察计算结果压力图对比如图1所示1、3号模型汽车前端受压力较大相比之下2号车型受压情况较为均与理想后就可以以2号车型来进行进一步的车身造型细节设计了学生利用CFD软件进行车身造型分析可以激发他们对造型设计和流体分析的学习兴趣并加深对基本理论的理解通过实践证明这一教学方法是非常有效的图1压力对比图示例在计算机技术日新月异的今天利用计算机辅助车身设计的技术已经日趋成熟笔者尝试在教学中利用CFD软件对汽车造型进行空气动力分析和优化提出了一些对这一软件结合车身优化设计的体会与思考