[发明专利]一种基于CAE仿真技术的碳纤维导流罩优化设计方法

说明书

技术领域

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

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。

现有的受电弓导流罩存在以下矛盾：

(1)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；

(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；

(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。

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

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。

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：

(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。

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。

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

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：

(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。

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。

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。