汽車車身結構設計相關論文
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- 汽車車身結構設計相關論文汽車車身形態(tài)仿生設計研究
【摘要】當前，汽車車身形態(tài)研究的一個重要方向就是“汽車車身形態(tài)仿生設計”，這是利用自然界中生物系統(tǒng)和自然物質(zhì)的形態(tài)、功能、色彩、結構等的豐富性、優(yōu)異性，通過相應的設計手法，表現(xiàn)在汽車的形態(tài)之中，使之賦有仿生寓意�，F(xiàn)有汽車造型理論中融入了仿生設計理念，使其理論變得豐富起來并且取得了創(chuàng)新發(fā)展�，F(xiàn)代汽車車身仿生形態(tài)所傳達的情感性與生命象征意義成為人們與汽車交互的精神所需，所以，仿生設計成為了汽車車身形態(tài)設計創(chuàng)新的重要手段。從汽車誕生時候起，仿生設計就開始融入到了汽車設計中，最初是無意識的應用到汽車車身形態(tài)設計中，但逐漸就開始了有意識的模仿。1、汽車車身設計基礎理論研究汽車車身設計中形態(tài)仿生設計包括：仿生物“形”的汽車車身形態(tài)設計和仿生物“態(tài)”的汽車車身形態(tài)設計。汽車車身仿生設計中，生物的“形”和“態(tài)”設計是最重要的，他們也是相互依存，不可分割的，不能取其一，設計者通常是組合使用。汽車仿生造型經(jīng)歷了流線型風格時代、尾鰭型風格時代、夢幻型風格時代、肌肉型風格時代與現(xiàn)代型風格時代等。在汽車車身設計中還包括了色彩仿生設計、功能仿生設計、結構仿生設計、材料仿生設計、肌理仿生設計等重要的仿生設計手段。它們和形態(tài)仿生設計共同組成了不可或缺的汽車車身仿生因素。通過對汽車車身形態(tài)設計特點及原理的分析，證明了仿生設計在汽車車身形態(tài)設計中的重要性。通過汽車車身形態(tài)仿生設計歷史脈絡及作用歸納，證明了汽車仿生形態(tài)在歷史進程中的重要作用與意義。通過對車身形態(tài)設計中仿生設計主要應用領域的歸納論述，闡明了能夠使汽車車身形態(tài)設計最優(yōu)化的關鍵因素。2、基于文化基因的汽車車身形態(tài)仿生設計在對文化基因認知基礎上，通過汽車車身形態(tài)體現(xiàn)某特定文化意識形態(tài)的特定心理情感和審美反映。在研究文化基因仿生時，采用隱喻等方法對汽車車身進行綜合設計表述。當今，世界各種品牌的汽車都在努力創(chuàng)造汽車“個性文化”，賦予汽車人類的精神文化與個性化語言。作者歸納出影響汽車車身形態(tài)的主要文化基因有：社會文化基因、民族文化基因、傳統(tǒng)文化基因、企業(yè)品牌文化基因等。運用社會文化基因仿生設計可以生動的再現(xiàn)汽車文化，感受不同的文化背景設計理念的不同，感受人類文化不斷進步所體現(xiàn)在車身上的不同文化印記。不同的民族文化基因也對汽車車身形態(tài)有著不同的影響，汽車車身形態(tài)的不同，反映了不一樣的民族審美觀。傳統(tǒng)文化對汽車車身形態(tài)具有強烈的影響力，汽車車身形態(tài)不僅說明人與自然的和諧統(tǒng)一，更能表達傳統(tǒng)文化帶來的象征意義和傳統(tǒng)人文價值。汽車車身形態(tài)仿生設計中企業(yè)品牌文化基因是形成汽車車身形態(tài)特征的各種重要企業(yè)文化要素的組合完成的，各種特征要素共同打造汽車品牌的形象特征。目前，一種汽車品牌下會有不同的汽車車型，它們在符合這一品牌主體特征的前提下，還要著力體現(xiàn)自己獨特的設計特征來區(qū)別于其他車型，做到具有鮮明的識別性。通過對文化基因仿生類別的歸納和論述，強化了文化基因在汽車車身形態(tài)仿生設計中的重要作用，其中，在企業(yè)品牌文化基因如何應用到汽車車身形態(tài)仿生設計的具體研究中，論證了品牌文化得以能夠更好的繼承與發(fā)展的方法和手段。3、汽車車身形態(tài)一般仿生設計程序與方法現(xiàn)代汽車車身形態(tài)設計有標準的程序，就是市場調(diào)研-設計意向建立-草案分析-方案確立-程序調(diào)整-試制樣品-樣品評估-生產(chǎn)加工。由于設計理念、方式方法等的差異性，導致汽車車身形態(tài)仿生設計的程序與普通車身形態(tài)設計程序有很大不同，通過以上理論作為基礎，深入研究了仿生設計在汽車車身形態(tài)設計中應用的方法，作者總結歸納其程序為，確定仿生目標——建立生物特征的概念認知——生物特征的記錄——確定仿生設計概念——生物特征的產(chǎn)品設計轉化——遵循美學規(guī)律設計等�？梢钥闯�，這是首先通過設計來源，進而通過仿生設計思維，利用設計轉化而實現(xiàn)的設計方式。4、汽車車身形態(tài)仿生設計的認知心理認知心理是汽車車身形態(tài)仿生設計的理論支撐，形態(tài)仿生設計元素通過加工得到了獨特的外觀形式，向消費者傳達出情感信息和文化信息。消費者運用視覺感知來了解形態(tài)，并做出判斷。視覺認知存在三個特點：視覺二段式處理、視覺優(yōu)先性、視覺內(nèi)在圖形。仿生形態(tài)使汽車有了生命活力，使整個形態(tài)充滿張力，格式塔心理學的“似動”原理為汽車仿生形態(tài)的科學性提供了理論依據(jù)。人們對汽車仿生形態(tài)的認知理解，主要是人與汽車車身形態(tài)之間的情感互動的過程，設計師與消費者之間也利用汽車車身形態(tài)這一媒介來進行情感交互。那么，就需要在設計時把握好設計的感性和理性的運用，只有做到使其相互依存，相互制約，才能使汽車車身形態(tài)更好的傳遞情感。利用消費者對汽車造型的各種認知規(guī)律，明確消費者喜好，同時通過對其感知意象的提取，幫助設計師準確掌握消費者感覺與愿望，理解他們對產(chǎn)品的感受，從而來提升設計開發(fā)的成功率。通過認知心理學的相關理論為基礎，深入研究了汽車仿生形態(tài)的視覺認知要素及所構建的體系，總結歸納出視覺認知要素，感性和理性的相互關系，情感交互原理，并深入研究了客戶感知意向?qū)ζ囓嚿硇螒B(tài)設計所具有的重要影響。5、汽車車身仿生形態(tài)特征的獲取與表征汽車車身仿生形態(tài)獲取與表征主要基于造型特征來實現(xiàn)的。構成汽車造型特征的主要元素有點、線、面。在汽車車身形態(tài)設計中，線形的設計表達是最主要手段，我們通過汽車的特征線來體現(xiàn)汽車的整體形態(tài)特征，實現(xiàn)仿生形態(tài)設計的獲取與表征。通過研究實現(xiàn)汽車車身仿生形態(tài)的關鍵因素，進而對汽車主要造型特征線進行整理與歸納，取得了汽車仿生形態(tài)獲取的有效途徑。并利用形態(tài)聯(lián)想，實現(xiàn)了汽車整車仿生形態(tài)特征的多元化表征。6、汽車車身形態(tài)仿生設計的語義表達汽車車身形態(tài)仿生的認知語義是以人的感覺和認知實踐為基礎,必須遵守的基本原則是人類認知科學,因此它有理性的特點,其語義表達式也應該是準確的和單一的。認知語義來表達的是汽車外觀和材料性能及其使用模式相關的信息。關于對汽車的認知，使用者都會經(jīng)歷從疑惑到了解，從不會使用到熟練掌握的過程。所以，良好的認知語義應該降低使用者對產(chǎn)品的認知難度，縮短對產(chǎn)品的認知時間。通過概括總結得出汽車仿生形態(tài)的認知語義、情感語義、象征語義等。結合產(chǎn)品語義學的基本理論，并通過對汽車造型方法的影響的深入研究，提煉總結出產(chǎn)品語義學在汽車車身形態(tài)仿生方面的方法論問題。我們期望這一理論在實際工作中得到充分驗證并能夠為車身形態(tài)仿生設計的開展起到積極的指導作用。仿生設計一直貫穿于整個汽車設計的發(fā)展進程，它作為一種極其重要的設計方法在汽車設計領域里廣泛應用。我們以汽車車身形態(tài)仿生設計為研究對象，闡述與其相關的理論知識，分析汽車車身形態(tài)仿生在基因?qū)W、認知心理學、產(chǎn)品語義學等視知覺領域中的具體表現(xiàn)。對于中國人來說，仿生設計是中國設計文化的一部分，有著非常廣泛的應用基礎，因此，我們要采用仿生設計作為突破口，積極尋找中國文化在汽車車身形態(tài)上的表現(xiàn)形式，努力使之成為中國汽車車身設計的有效手段。
汽車車身氣動造型設計優(yōu)化研究
【摘要】除了正向開發(fā)中的氣動造型設計外,對完成度較高的既有車型進行氣動優(yōu)化也是氣動造型研究運用的重點,目前主流的細部迭代優(yōu)化法需要對局部進行大量嘗試性修改,盲目性較大且效率低；在工程領域常用的諸如遺傳算法等優(yōu)化方法只適合形狀較為簡單、可參數(shù)量化的規(guī)則形體,尚無法直接用于形狀復雜且包含大量自由曲面的整車車身模型,所以需要一種針對復雜既有車型的氣動造型優(yōu)化方法。從汽車領域的空氣動力學研究手段來看,除了高成本的風洞實驗外,運用最廣泛的當屬CFD (Computer Fluid Dynamics)流體計算仿真技術。經(jīng)過多年的發(fā)展CFD技術已較為成熟,目前的研究發(fā)展集中在諸如湍流方程、網(wǎng)格劃分等環(huán)節(jié),考慮到CFD仿真是一個綜合性的處理過程,可以從模型前處理環(huán)節(jié)來提高優(yōu)化設計的效率和精度。因此加強氣動造型設計與工業(yè)設計的結合,改進氣動造型優(yōu)化方法,提高CFD仿真優(yōu)化的精度和效率,都將提高車身造型的氣動設計水平,而氣動性能與動力性、燃油經(jīng)濟性、高速行駛穩(wěn)定性等性能是密切相關的,高水平的氣動造型設計將全面提升整個車輛的研發(fā)設計水準。
本文所采用的關鍵技術：1.車身正向設計中氣動造型與美學造型的融合交互在車身造型的前期設計中,如果引入優(yōu)良氣動性能的理想形體作為設計起點,那對于后期的氣動造型設計將起到事半功倍的作用。但這樣需要在氣動理想形體上進行美學造型設計和實用化設計,不符合汽車工業(yè)造型設計的傳統(tǒng)流程和思維習慣,因此需要建立一套結合氣動造型基因和美學造型基因的融合交互機制。它所涉及的關鍵技術為：1)建立造型基因的圖形學描述機制。研究氣動造型基因、美學造型基因的構建方式及定義標準,建立基于車身數(shù)字設計平臺下的造型基因描述方法和數(shù)學模型,該模型具有標準規(guī)范的圖形學描述語言,能夠滿足可互換、可進化的設計要求。2)建立上述兩類造型基因在設計進化中的融合交互機制。研究在車身造型的進化成型中,氣動造型基因和美學造型基因的交互、調(diào)諧與融合,包括同一平面下的同向融合和三維空間下的異向融合。2.優(yōu)化完成度較高的既有車型的整體氣動布局很多情況下出于減少模具和重新設計的需要,汽車企業(yè)需要對既有車型進行有限度的改型以優(yōu)化氣動性能；在傳統(tǒng)正向設計中直接由工業(yè)設計師所構建出的造型方案,也需要進行氣動優(yōu)化。傳統(tǒng)的細部迭代優(yōu)化需要進行大量的修改嘗試和仿真驗證,存在盲目性大、效率低的問題,而且改型方案之間也可能存在效果沖突。對此現(xiàn)狀本文提出一種針對完成度較高車型的整體氣動布局優(yōu)化設計理論,它所涉及的關鍵技術為：1)對非氣動細節(jié)的過濾技術。實際車型包含大量為功能實用而添加的非氣動細節(jié),它們對整車流場的影響有限,但其存在使得仿真優(yōu)化的效率大為下降,不利于發(fā)現(xiàn)整體氣動布局的設計缺陷�？梢詫⑦@類細節(jié)過濾,對析取出的氣動基本造型進行分析優(yōu)化。2)變形盒技術。這是一種基于控制點拉伸形變的模型修改技術,適合包含自由曲面的車身覆蓋件,能夠靈活的修改曲面的變化趨勢,也可以同時對多個局部進行修改,避免了細部迭代優(yōu)化法的局限性,有利于整體氣動布局的改善。3.改進CFD仿真優(yōu)化的效率和質(zhì)量CFD仿真是車身氣動造型設計的重要研究手段,本文從幾何模型與計算網(wǎng)格劃分的角度出發(fā),提出一種適合車身曲面造型的模型構建技術,它能夠大幅提高造型優(yōu)化的效率和自由度,并在CFD計算網(wǎng)格的劃分中保證較好的模擬精度。它所涉及的關鍵技術為：1)細分網(wǎng)格技術。在車身設計中傳統(tǒng)的nurbs曲面具有精度高、光順性好的優(yōu)點,但由于采用了面片連續(xù)性拼接而導致模型數(shù)據(jù)結構復雜,在進行計算網(wǎng)格劃分和優(yōu)化改型時存在收斂性差、效率低、自由度不高的缺點,通過采用新型的細分網(wǎng)格模型替代nurbs模型,能夠在保證仿真精度的前提下提高優(yōu)化設計的效率和質(zhì)量。2)計算網(wǎng)格幾何特征處理技術。在CFD計算網(wǎng)格的劃分中,為了提高仿真精度需要保證計算網(wǎng)格能夠高精度的模擬幾何模型,通過對細分網(wǎng)格模型進行幾何特征處理以改善劃分網(wǎng)格的貼體性,使計算節(jié)點能夠準確捕捉車身造型的幾何信息。
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