汽车车身结构设计相关论文

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汽车车身结构设计相关论文汽车车身形态仿生设计研究
摘要当前，汽车车身形态研究的-个重要方向就是汽车车身形态仿生设计”，这是利用自然界中生物系统和自然物质的形态、功能、色彩、结构等的丰富性、优异性，通过相应的设计手法，表现在汽车的形态之中，使之赋有仿生寓意。现有汽车造型理论中融入了仿生设计理念，使其理论变得丰富起来并且取得了创新发展。现代汽车车身仿生形态所传达的情感性与生命象征意义成为人们与汽车交互的精神所需，所以，仿生设计成为了汽车车身形态设计创新的重要手段。从汽车诞生时候起，仿生设计就开始融入到了汽车设计中，最初是无意识的应用到汽车车身形态设计中，但逐渐就开始了有意识的模仿。1、汽车车身设计基础理论研究汽车车身设计中形态仿生设计包括：仿生物形”的汽车车身形态设计和仿生物态”的汽车车身形态设计。汽车车身仿生设计中，生物的形”和态”设计是最重要的，他们也是相互依存，不可分割的，不能取其-，设计者通常是组合使用。汽车仿生造型经历了流线型风格时代、尾鳍型风格时代、梦幻型风格时代、肌肉型风格时代与现代型风格时代等。在汽车车身设计中还包括了色彩仿生设计、功能仿生设计、结构仿生设计、材料仿生设计、肌理仿生设计等重要的仿生设计手段。它们和形态仿生设计共同组成了不可或缺的汽车车身仿生因素。通过对汽车车身形态设计特点及原理的分析，证明了仿生设计在汽车车身形态设计中的重要性。通过汽车车身形态仿生设计历史脉络及作用归纳，证明了汽车仿生形态在历史进程中的重要作用与意义。通过对车身形态设计中仿生设计主要应用领域的归纳论述，阐明了能够使汽车车身形态设计最优化的关键因素。2、基于文化基因的汽车车身形态仿生设计在对文化基因认知基础上，通过汽车车身形态体现某特定文化意识形态的特定心理情感和审美反映。在研究文化基因仿生时，采用隐喻等方法对汽车车身进行综合设计表述。当今，世界各种品牌的汽车都在努力创造汽车个性文化”，赋予汽车人类的精神文化与个性化语言。作者归纳出影响汽车车身形态的主要文化基因有：社会文化基因、民族文化基因、传统文化基因、企业品牌文化基因等。运用社会文化基因仿生设计可以生动的再现汽车文化，感受不同的文化背景设计理念的不同，感受人类文化不断进步所体现在车身上的不同文化忧。不同的民族文化基因也对汽车车身形态有着不同的影响，汽车车身形态的不同，反映了不-样的民族审美观。传统文化对汽车车身形态具有强烈的影响力，汽车车身形态不仅说明人与自然的和谐统-，更能表达传统文化带来的象征意义和传统人文价值。汽车车身形态仿生设计中企业品牌文化基因是形成汽车车身形态特征的各种重要企业文化要素的组合完成的，各种特征要素共同打造汽车品牌的形象特征。目前，-种汽车品牌下会有不同的汽车车型，它们在符合这-品牌主体特征的前提下，还要着力体现自己独特的设计特征来区别于其他车型，做到具有鲜明的识别性。通过对文化基因仿生类别的归纳和论述，强化了文化基因在汽车车身形态仿生设计中的重要作用，其中，在企业品牌文化基因如何应用到汽车车身形态仿生设计的具体研究中，论证了品牌文化得以能够更好的继承与发展的方法和手段。3、汽车车身形态-般仿生设计程序与方法现代汽车车身形态设计有标准的程序，就是市场调研-设计意向建立-草案分析-方案确立-程序调整-试制样品-样品评估-生产加工。由于设计理念、方式方法等的差异性，导致汽车车身形态仿生设计的程序与普通车身形态设计程序有很大不同，通过以上理论作为基础，深入研究了仿生设计在汽车车身形态设计中应用的方法，作者总结归纳其程序为，确定仿生目标--建立生物特征的概念认知--生物特征的记录--确定仿生设计概念--生物特征的产品设计转化--遵循美学规律设计等∩以看出，这是首先通过设计来源，进而通过仿生设计思维，利用设计转化而实现的设计方式。4、汽车车身形态仿生设计的认知心理认知心理是汽车车身形态仿生设计的理论支撑，形态仿生设计元素通过加工得到了独特的外观形式，向消费者传达出情感信息和文化信息。消费者运用视觉感知来了解形态，并做出判断。视觉认知存在三个特点：视觉二段式处理、视觉优先性、视觉内在图形。仿生形态使汽车有了生命活力，使整个形态充满张力，格式塔心理学的似动”原理为汽车仿生形态的科学性提供了理论依据。人们对汽车仿生形态的认知理解，主要是人与汽车车身形态之间的情感互动的过程，设计师与消费者之间也利用汽车车身形态这-媒介来进行情感交互。那么，就需要在设计时把握好设计的感性和理性的运用，只有做到使其相互依存，相互制约，才能使汽车车身形态更好的传递情感。利用消费者对汽车造型的各种认知规律，明确消费者喜好，同时通过对其感知意象的提取，帮助设计师准确掌握消费者感觉与愿望，理解他们对产品的感受，从而来提升设计开发的成功率。通过认知心理学的相关理论为基础，深入研究了汽车仿生形态的视觉认知要素及所构建的体系，总结归纳出视觉认知要素，感性和理性的相互关系，情感交互原理，并深入研究了客户感知意向对汽车车身形态设计所具有的重要影响。5、汽车车身仿生形态特征的获取与表征汽车车身仿生形态获取与表征主要基于造型特征来实现的。构成汽车造型特征的主要元素有点、线、面。在汽车车身形态设计中，线形的设计表达是最主要手段，我们通过汽车的特征线来体现汽车的整体形态特征，实现仿生形态设计的获取与表征。通过研究实现汽车车身仿生形态的关键因素，进而对汽车主要造型特征线进行整理与归纳，取得了汽车仿生形态获取的有效途径。并利用形态联想，实现了汽车整车仿生形态特征的多元化表征。6、汽车车身形态仿生设计的语义表达汽车车身形态仿生的认知语义是以人的感觉和认知实践为基础，必须遵守的基本原则是人类认知科学，因此它有理性的特点，其语义表达式也应该是准确的和单-的。认知语义来表达的是汽车外观和材料性能及其使用模式相关的信息。关于对汽车的认知，使用者都会经历从疑惑到了解，从不会使用到熟练掌握的过程。所以，良好的认知语义应该降低使用者对产品的认知难度，缩短对产品的认知时间。通过概括总结得出汽车仿生形态的认知语义、情感语义、象征语义等♂合产品语义学的基本理论，并通过对汽车造型方法的影响的深入研究，提炼总结出产品语义学在汽车车身形态仿生方面的方法论问题。我们期望这-理论在实际工作中得到充分验证并能够为车身形态仿生设计的开展起到积极的指导作用。仿生设计-直贯穿于整个汽车设计的发展进程，它作为-种极其重要的设计方法在汽车设计领域里广泛应用。我们以汽车车身形态仿生设计为研究对象，阐述与其相关的理论知识，分析汽车车身形态仿生在基因学、认知心理学、产品语义学等视知觉领域中的具体表现。对于中国人来说，仿生设计是中国设计文化的-部分，有着非常广泛的应用基础，因此，我们要采用仿生设计作为突破口，积极寻找中国文化在汽车车身形态上的表现形式，努力使之成为中国汽车车身设计的有效手段。

汽车车身气动造型设计优化研究
摘要除了正向开发中的气动造型设计外，对完成度较高的既有车型进行气动优化也是气动造型研究运用的重点，目前主流的细部迭代优化法需要对局部进行大量尝试性修改，盲目性较大且效率低；在工程领域常用的诸如遗传算法等优化方法只适合形状较为简单、可参数量化的规则形体，尚无法直接用于形状复杂且包含大量自由曲面的整车车身模型，所以需要-种针对复杂既有车型的气动造型优化方法。从汽车领域的空气动力学研究手段来看，除了高成本的风洞实验外，运用最广泛的当属CFD (Computer Fluid Dynamics)流体计算仿真技术。经过多年的发展CFD技术已较为成熟，目前的研究发展集中在诸如湍流方程、网格划分等环节，考虑到CFD仿真是-个综合性的处理过程，可以从模型前处理环节来提高优化设计的效率和精度。因此加强气动造型设计与工业设计的结合，改进气动造型优化方法，提高CFD仿真优化的精度和效率，都将提高车身造型的气动设计水平，而气动性能与动力性、燃油经济性、高速行驶稳定性等性能是密切相关的，高水平的气动造型设计将全面提升整个车辆的研发设计水准。
本文所采用的关键技术：1.车身正向设计中气动造型与美学造型的融合交互在车身造型的前期设计中，如果引入优良气动性能的理想形体作为设计起点，那对于后期的气动造型设计将起到事半功倍的作用。但这样需要在气动理想形体上进行美学造型设计和实用化设计，不符合汽车工业造型设计的传统流程和思维习惯，因此需要建立-套结合气动造型基因和美学造型基因的融合交互机制。它所涉及的关键技术为：1)建立造型基因的图形学描述机制。研究气动造型基因、美学造型基因的构建方式及定义标准，建立基于车身数字设计平台下的造型基因描述方法和数学模型，该模型具有标准规范的图形学描述语言，能够满足可互换、可进化的设计要求。2)建立上述两类造型基因在设计进化中的融合交互机制。研究在车身造型的进化成型中，气动造型基因和美学造型基因的交互、调谐与融合，包括同-平面下的同向融合和三维空间下的异向融合。2.优化完成度较高的既有车型的整体气动布局很多情况下出于减少模具和重新设计的需要，汽车企业需要对既有车型进行有限度的改型以优化气动性能；在传统正向设计中直接由工业设计师所构建出的造型方案，也需要进行气动优化。传统的细部迭代优化需要进行大量的修改尝试和仿真验证，存在盲目性大、效率低的问题，而且改型方案之间也可能存在效果冲突。对此现状本文提出-种针对完成度较高车型的整体气动布局优化设计理论，它所涉及的关键技术为：1)对非气动细节的过滤技术。实际车型包含大量为功能实用而添加的非气动细节，它们对整车流场的影响有限，但其存在使得仿真优化的效率大为下降，不利于发现整体气动布局的设计缺陷∩以将这类细节过滤，对析取出的气动基本造型进行分析优化。2)变形盒技术。这是-种基于控制点拉伸形变的模型修改技术，适合包含自由曲面的车身覆盖件，能够灵活的修改曲面的变化趋势，也可以同时对多个局部进行修改，避免了细部迭代优化法的局限性，有利于整体气动布局的改善。3.改进CFD仿真优化的效率和质量CFD仿真是车身气动造型设计的重要研究手段，本文从几何模型与计算网格划分的角度出发，提出-种适合车身曲面造型的模型构建技术，它能够大幅提高造型优化的效率和自由度，并在CFD计算网格的划分中保证较好的模拟精度。它所涉及的关键技术为：1)细分网格技术。在车身设计中传统的nurbs曲面具有精度高、光顺性好的优点，但由于采用了面片连续性拼接而导致模型数据结构复杂，在进行计算网格划分和优化改型时存在收敛性差、效率低、自由度不高的缺点，通过采用新型的细分网格模型替代nurbs模型，能够在保证仿真精度的前提下提高优化设计的效率和质量。2)计算网格几何特征处理技术。在CFD计算网格的划分中，为了提高仿真精度需要保证计算网格能够高精度的模拟几何模型，通过对细分网格模型进行几何特征处理以改善划分网格的贴体性，使计算节点能够准确捕捉车身造型的几何信息。