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氣動(dòng)力下車身外結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形量測(cè)量技術(shù)

2020-07-17 23:53:29·  來(lái)源：中汽中心空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室  
　
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和市場(chǎng)的完善，消費(fèi)者對(duì)汽車品質(zhì)要求越來(lái)越高，流致結(jié)構(gòu)振動(dòng)與氣動(dòng)變形問題廣泛存在于汽車工業(yè)中，成為影響汽車經(jīng)濟(jì)性、舒適性和安全性的重要
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和市場(chǎng)的完善，消費(fèi)者對(duì)汽車品質(zhì)要求越來(lái)越高，流致結(jié)構(gòu)振動(dòng)與氣動(dòng)變形問題廣泛存在于汽車工業(yè)中，成為影響汽車經(jīng)濟(jì)性、舒適性和安全性的重要問題。

1.   汽車工程中的相關(guān)問題
 
（a）車門動(dòng)態(tài)變形與密封[1]
 
（b）車底護(hù)板涉水變形脫落[2]
 
（c）商用車車頂擾流板變形[3]
 
(d) 電泳涂裝中結(jié)構(gòu)變形
圖片來(lái)源https://www.vogel.com.cn/top/2016/qcjs_tz/article_view.html?sid=1520&id=102807
圖1 汽車工程中的流致結(jié)構(gòu)振動(dòng)與變形問題
中汽中心氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室（CATARC-AAWT）的建成為解決氣動(dòng)力下車身外結(jié)構(gòu)變形問題提供了有力的實(shí)驗(yàn)條件基礎(chǔ)，通過在氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中利用光學(xué)跟蹤儀、移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式測(cè)量車門、機(jī)艙蓋等位置因氣動(dòng)力作用下的動(dòng)態(tài)變形量（Dynamic Deformation），進(jìn)一步研究相關(guān)部件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
2
 
2.  動(dòng)態(tài)變形量測(cè)量設(shè)備
CATARC-AAWT擁有一套Creaform的C-Track光學(xué)追蹤儀，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量動(dòng)態(tài)反射靶標(biāo)的空間位置變化，其測(cè)量精度可達(dá)0.075mm（在16.6m³空間內(nèi)測(cè)量）。
 
圖2 追蹤反射靶點(diǎn)的光學(xué)追蹤儀
試驗(yàn)前將測(cè)試車輛固定在氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞的天平及道路模擬系統(tǒng)上，只需要在測(cè)量位置貼上反射目標(biāo)點(diǎn)，如圖2的車門位置或者圖3的機(jī)艙蓋位置，將光學(xué)追蹤儀放置在流場(chǎng)之外并對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)靶點(diǎn)，通過無(wú)接觸的光學(xué)測(cè)量方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的位移情況。該方式可以避免傳統(tǒng)粘貼傳感器等測(cè)量方法對(duì)車身表面流場(chǎng)造成的影響，或者避免因貼合不牢固而產(chǎn)生的問題。
 
圖3 車門位置的目標(biāo)靶點(diǎn)
 
圖4 機(jī)艙蓋位置的目標(biāo)靶點(diǎn)
該設(shè)備的軟件系統(tǒng)為Creaform集成的3D軟件平臺(tái)，模塊可以實(shí)時(shí)追蹤目標(biāo)靶點(diǎn)的位移，在測(cè)試過程中，通過軟件界面非常直觀地了解測(cè)量位置的動(dòng)態(tài)變形情況。尤其在風(fēng)速、或者轉(zhuǎn)角等突然改變狀態(tài)的情況下，目標(biāo)靶點(diǎn)位置的變化一目了然。
圖5 軟件界面：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)目標(biāo)靶點(diǎn)的變化
 
光學(xué)追蹤儀既可以固定在定制的推車上、然后布置在流場(chǎng)之外，或者通過定制設(shè)計(jì)的底座，連接固定在風(fēng)洞試驗(yàn)室的移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)上，通過控制系統(tǒng)將光學(xué)追蹤儀移動(dòng)到指定位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)靶點(diǎn)的變形情況。
 
圖6 可將光學(xué)追蹤儀連接固定在移測(cè)架上
 
3
3.   流致變形仿真技術(shù)
通過中汽中心氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，模擬汽車正常行駛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而使用光學(xué)追蹤儀等實(shí)驗(yàn)設(shè)備測(cè)量車身外結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變形量，為行業(yè)內(nèi)提供了快速、便捷的測(cè)試方法。此外，中汽中心汽車工程研究院的空氣動(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)，還通過開發(fā)和建立有效的仿真方法，分析動(dòng)態(tài)變形產(chǎn)生的原因，致力于解決流致結(jié)構(gòu)振動(dòng)與變形等行業(yè)問題。也歡迎業(yè)內(nèi)同仁來(lái)電或留言共同探討相關(guān)問題。
 
圖7 通過結(jié)合CFD軟件與結(jié)構(gòu)有限元軟件搭建流固耦合仿真平臺(tái)
 
圖8 前保險(xiǎn)杠氣動(dòng)載荷變形仿真
參考文獻(xiàn)
[1] Doppalapudi S , Sbeih K , Srinivasan K , et al. CAE Simulationof Automotive Door Upper frame Deflection Using Aerodynamic Loads.
[2] Khapane. P.,Ganeshwade. U., etal, Stateofthe Art Water Wading Simulation Method to Design Under-Body Components
[3] Jing-long Zhang, Xingjun Hu, etal. AeroelasticResponseand Structural Improvementfor Heavy-DutyTruck Cab Deflectors
 
 
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