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考虑气动特性和热特性的车灯造型设计方法研究

作　者: 蒋兰芳
导　师: 柴国钟; 刘红
学　校: 浙江工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 车灯造型参数阻力系数温度场
分类号: U463.65
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

汽车灯具是汽车主动安全性的重要功能部件,具有照明和指示信号的作用;也是汽车造型的重要组成部分,是汽车造型设计的“传神”窗口和点睛之笔。有关车灯的设计方法研究,主要集中在车灯结构设计、车灯电子控制设计和车灯光源设计等方面,很少涉及车灯造型设计。车灯造型设计影响车灯的结构、整车的造型美学和气动特性等。目前的车灯造型设计是以整车造型设计方案确定车灯主体形状为前提,以美学为基础,满足功能需求和实现造型美观为目标的。由于缺乏量化的指标,难以应用现代设计的手段。因此,有必要对车灯造型设计方法进行研究,以利于设计方法的工程化。论文针对车灯设计的现状,开展了考虑气动特性和热特性的车灯造型设计方法研究,目的是将计算机辅助工程分析方法应用到车灯造型设计中。这样不仅改变以往车灯造型设计依赖经验的局面,便于车灯造型设计的工程化,而且有利于车灯造型与整车造型的协调一致,有利于提高整车的气动特性。本文的主要工作和成果如下:1.车灯造型设计美学规律的研究。产品造型设计的美学评价,由于其不确定性、复杂性和变化性等因素,与之相关的研究甚少。本文以汽车前照灯为研究对象,分析现有成功的车灯造型设计案例,结合认知学、形态学、产品语义学和美学等相关知识,提出了车灯造型设计的美学规律,表现为“吸引人”,具体表现方法有认知性、功能美、创新性、象征性、幽默感和形式美等。这不仅对评价和指导具体的车灯造型设计活动具有意义,而且是车灯造型参数研究中的参数提取与分析的基础。2.车灯造型设计方法的研究。针对目前车灯造型设计存在的缺乏量化指标、难以应用现代设计手段的问题,本文应用计算机辅助工程方法,结合美学,考虑汽车空气动力学,总结出车灯造型的三类设计参数,即主动性导流设计参数、辅助性导流设计参数以及干涉性设计参数,在此基础上提出了车灯造型设计方法,给出了车灯造型参数设计平台,以利于设计方法的工程化。3.车灯造型对汽车气动阻力影响的研究。车灯造型对汽车气动阻力的影响非常复杂,因此本文提出了“考虑美学与气动阻力的车灯造型汽车外流场数值分析简化模型”,来研究车灯造型对汽车气动阻力的影响,以尽量减少由车灯造型引起的汽车气动阻力的变化,同时可以指导与车灯造型有关的车身造型、导风带等的设计。论文给出了车灯造型参数优化分析的基本方法,并总结出车灯气动造型的优化准则。4.车灯造型对车灯温度场影响的研究。论文对车灯内部温度场进行数值模拟,得到车灯温度场分布结果,分析总结出车灯内部温度场分布规律。在此基础上,提出了基于“考虑美学与气动阻力的车灯造型汽车外流场数值分析简化模型”的车灯温度场快速分析模型,以研究车灯造型对车灯温度场的影响。论文以某一前照灯造型设计为例,数值模拟得到车灯表面的温度分布和外流场对不同车灯造型的散热效果。5.试验研究。对不同车灯造型参数的汽车模型进行风洞试验。分别采用不同的流速,研究不同雷诺数对汽车模型的阻力系数的影响;测量不同车灯造型参数的汽车模型的阻力系数和表面压力分布情况,验证了本文所提出的“考虑美学与气动阻力的车灯造型汽车外流场数值分析简化模型”的有效性及数值模拟的正确性。论文同时进行了外流场对车灯的散热实验,测量了外流场不同状态下的某一具体前照灯点亮时的散热效果,有效地说明了车灯造型对车灯温度场影响的意义。随着汽车工业的发展,车灯的发展也日新月异。本文主要研究了车灯造型对美学造型、汽车气动特性和车灯温度场的影响,只是车灯设计中的小部分。关于车灯的研究,还可以研究建立更为合理的分析模型,研究LED新型光源在前照灯中的应用等。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-23
  1.1 汽车造型设计  12-15
    1.1.1 汽车造型发展史  12-14
    1.1.2 汽车造型设计要求  14-15
    1.1.3 汽车造型设计内容  15
  1.2 车灯造型设计  15-19
    1.2.1 汽车灯具的发展  16-17
    1.2.2 汽车灯具的设计  17-18
    1.2.3 汽车灯具的造型设计  18-19
  1.3 国内外研究现状及存在的问题  19-21
    1.3.1 车灯造型对汽车造型的影响的研究  19
    1.3.2 车灯造型对车灯温度场的影响的研究  19-20
    1.3.3 车灯造型对汽车阻力的影响的研究  20-21
  1.4 本文研究的内容与创新点  21-23
第2章汽车空气动力学与传热学基础  23-34
  2.1 汽车空气动力学基础  23-28
    2.1.1 流体运动控制方程  23-25
    2.1.2 汽车空气动力学特点  25-28
  2.2 传热学基础  28-30
    2.2.1 传热的基本方式  28-30
    2.2.2 傅里叶定律与导热微分方程  30
  2.3 汽车空气动力学数值模拟  30-34
    2.3.1 数值模拟特点  30-31
    2.3.2 数值模拟方法  31-32
    2.3.3 汽车三维数值分析模型  32-34
第3章车灯造型设计美学  34-49
  3.1 车灯造型设计美学的研究目的  34
  3.2 车灯造型设计的美学规律  34-49
    3.2.1 认知性  35-37
    3.2.2 功能美  37-38
    3.2.3 创新性  38-40
    3.2.4 象征性  40
    3.2.5 幽默感  40-41
    3.2.6 形式美  41-49
第4章车灯造型设计方法  49-80
  4.1 车灯造型设计  49
  4.2 车灯造型设计参数  49-56
    4.2.1 主动性导流设计参数  49-52
    4.2.2 辅助性导流设计参数  52-54
    4.2.3 干涉性设计参数  54
    4.2.4 车灯造型设计参数总结  54-56
  4.3 车灯造型参数设计平台及应用  56-60
    4.3.1 分析模型  56-59
    4.3.2 实例应用  59-60
  4.4 车灯造型对汽车气动阻力的影响  60-80
    4.4.1 前照灯造型设计的特殊性  60-61
    4.4.2 参数优化分析  61-80
第5章车灯造型对车灯温度场的影响  80-93
  5.1 车灯结构与热场  80-82
    5.1.1 车灯结构  80-81
    5.1.2 热场作用  81-82
  5.2 车灯温度场  82-85
    5.2.1 车灯传热模型  82-83
    5.2.2 温度分布规律  83-85
  5.3 车灯造型对车灯温度场的影响  85-93
    5.3.1 研究目的  85
    5.3.2 建模分析  85-87
    5.3.3 数值模拟  87-93
第6章汽车模型风洞试验和散热实验  93-107
  6.1 试验目的与方案  93-94
    6.1.1 目的  93
    6.1.2 方案  93-94
  6.2 试验模型与环境  94-100
    6.2.1 试验模型  94-97
    6.2.2 试验环境  97-100
  6.3 结果与分析  100-107
    6.3.1 结果分析  100-104
    6.3.2 误差分析  104-107
第7章结论与展望  107-110
  7.1 结论  107-108
  7.2 展望  108-110
参考文献  110-114
致谢  114-115
攻读学位期间参加的科研项目和成果  115

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