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ANSYS Fluent软件助塔塔科技公司实现准确风振仿真

2015/10/27    来源:ANSYS    作者:Ulli Kishore Chand  Upender Gade  Pawan Pathak      
关键字:CFD  汽车风振  仿真  
本文介绍了塔塔科技公司的工程师利用ANSYS Fluent计算流体动力学(CFD)软件能够准确仿真风振,从而无需耗费时间和成本构建原型就能够评估众多不同设计。

    CFD能够快速、低成本地评估潜在纠正措施并提供诊断信息。

    想象一下您在行驶过程中打开窗户吹入凉爽的新鲜空气。但很快,您就会感觉到不舒服的抖动和听到噪声,这就是风振,也称为风抖动。汽车的其它噪声来源已经得到降低,因此汽车工程师正在努力解决风振问题。过去工程师会构建和测试每个设计,以确定其在风振方面的表现。不过,塔塔科技公司的工程师现在利用ANSYS Fluent计算流体动力学(CFD)软件能够准确仿真风振,从而无需耗费时间和成本构建原型就能够评估众多不同设计。

    在前排侧窗风振情况下,一般当窗户开口上侧沿A柱形成不稳定的剪切层时就会出现风振。涡流会从此位置向下沿汽车一侧扩散到车体结构。当涡流达到B柱时,就会与B柱相互作用形成向车厢内外传播的声波。当向前移动的声波到达A柱时,它们会引发更多向后朝B柱运动的涡流。在特定行驶速度以及针对特定窗户与车厢几何结构情况下,此过程会产生自激振荡,其能够在车厢造成让乘客感觉难受的大幅压力变化。

图1 ?风振会由于流体——声学反馈而增强

图1 风振会由于流体——声学反馈而增强

图2 塔塔科技公司研究的五种风振情景

图2 塔塔科技公司研究的五种风振情景

物理测试的局限

    为了提高乘客舒适性,汽车制造商一直在稳步降低结构与空气传播的噪声。目前的汽车行驶时更加安静,因此让风振显得比以前更加明显。风振频率通常低于人耳可听的范围,但是乘客仍然能够感觉到不舒服的涨落力。工程师用麦克风测量风振产生的压力波动。他们然后一般会针对模拟信号进行傅里叶变换分析,以便将其转换成以频率函数绘制幅度的声谱,从而更好了解风振原因及其对乘客的影响。只有在设计相对后期已经构建车辆原型后,才能进行上述测量。而此时已经做出众多设计决策,变更会产生巨大费用并且存在延误产品上市的风险。物理测试与设计验证需要在无回声风洞中进行,其构建和维护成本非常高而且复杂。有些情况下它们仅能提供非常基础的诊断信息,因此工程师必须依靠直觉和经验开发替代解决方案。

采用仿真应对风振

    通过携手业界领先的汽车原始设备制造商,塔塔科技公司的工程师采用数值方法能够在远早于原型构建之前、在产品开发前期仿真风振。在本文例子中,工程师采用CATIA®计算机辅助设计(CAD)创建5个模型:

    情景1:前窗全开、后窗关闭

    情景2:前窗关闭、后窗全开

    情景3:前窗微开、后窗全开

    情景4:前窗半开、后窗全开

    情景5:前窗关闭、后窗全开、分隔柱分隔后窗

    此研究目的是了解行驶过程中窗口的部分打开或全开组合产生的影响。在上述情景之一安装了分隔柱,以研究改变窗户几何结构产生的影响。各种情景是在车辆以每小时80到100公里的速度下进行仿真。人体模型代表车辆乘客,而仪表盘、座椅、内饰等车厢细节用于准确建立车厢模型。

责任编辑:吴星星
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