shonDy的整车涉水仿真

在汽车工业中，涉水是指汽车以较低的速度穿过相对较深的水域，例如穿越河流或被洪水淹没的道路。 汽车安全涉水的深度至关重要，以轮胎接触点和发动机进气系统之间的距离来衡量。 这项测量对于防止进水和保护发动机至关重要。

案例描述

用一个案例，来模拟上述涉水场景。 在模拟过程中，汽车将穿越深度为30厘米的水道。 水道的尺寸如下图所示。 模拟选择了两种不同的速度：2 米/秒，相当于约 7 公里/小时，以及 3.33 米/秒，相当于 12 公里/小时。

几何形状

通道的几何形状是使用 shonMesh 根据上述草图生成的，而汽车的几何结构是所谓的DrivAer模型，该模型由慕尼黑工业大学流体力学与空气动力学研究所 开发。 该模型旨在弥合过度简单的模型（如 Ahmed 车身）与复杂的量产车之间的差距。 在本模拟中，DrivAer模型有以下配置：

• 斜背式车顶 (notchback)
• 详细的底盘结构
• 包括后视镜
• 车轮

下图中可以看到 STL 文件以及水道的网格。

案例设置

在第一次模拟中，汽车在 1 秒后开始运动，在 2.5 秒内从 0 加速到 2 m/s，在接下来的 15 秒内保持该速度，并在 18 秒后停止。 因此，总计算时间为 18 秒，表示通过整个水道所需的持续时间。 在第二次仿真中，车速较高，为3.33 m/s，车通过水道仅需12.5秒，总仿真时间较短。 精确的速度曲线可以在下图中观察到。

两次仿真的液体区域设置相同：水道中总计15.943 m³的液体，相当于30 cm的高度。 在本次模拟中，使用了 1.26 cm 的流体粒子半径，总共产生了 100 万个粒子。

采用了多种采样方法，包括：

• 汽车中心线上的采样点
• 在车轮周围的采样窗口
• Sampling lines within the channel

These samplings are depicted in the figures below.

仿真结果

以下视频概述了模拟情况。 上一行显示慢车，下一行显示快车。 两个俯视图 (右侧的视频) 很好地展示了前波扩散的差异：浅水中表面波的速度可使用以下公式进行近似计算

$v_{wave} =\sqrt{g h}$

其中g是重力加速度，而h是水的深度。

在慢车的视频中，很明显，在水较浅的坡道上，波的传播速度小于汽车速度；波前始终保持在汽车前方。 在水道的底部，波浪的速度略快于汽车，因此它超过了汽车。 在第二个模拟中，汽车的速度始终快于波的传播速度，因此波前始终保持在汽车的前部。

下面的图像显示了汽车的覆盖率。 这里使用了 shonDy 的内置时间平均滤波器，允许用户不仅直观地看到当前值（在本例中为覆盖率），而且还可以看到特定时间内的平均值。 在所呈现的数据中，覆盖率是 0.25 秒内的平均数，以便更清楚地了解水在何处弄湿了汽车。

跟之前一样，上行表示慢车，下行表示快车。 比较两种速度，可以清楚地看出覆盖率的分布模式存在差异。 随着速度的提高，汽车必须应对更高的波浪，这导致几乎整个汽车前部被水覆盖。 这可能会导致发动机舱进水，从而堵塞进气口并导致发动机故障。 另一方面，对于速度较慢的汽车，水只覆盖前部的下半部分，这意味着发动机熄火的风险要低得多。 侧视图还揭示了一个差异：对于速度较快的汽车，靠近汽车前门的水位也较高。

如下图所示，采样点位于汽车前部的中心线上，记录了压力随时间的变化。 为了提高可比性，这些图表不显示随时间变化的压力，而是显示汽车质心位置 (在 x 方向上) 的压力。 为了便于定位，沿 x 轴描绘了水道轮廓。

In general, it can be observed that the lowest point on the car encounters the highest pressure, while the pressure decreases at higher points. Additionally, at higher velocities, the car experiences higher pressures overall.

For higher speeds, the pressure diagram indicates that the initial impact generates the highest pressure. This impact is strong enough to push the water away from the car, creating a significant initial wave. Around 12 meters, the car catches up with this wave, and its front comes into contact with the water again.

In contrast, at lower speeds, the pressure peak is much smaller. Due to the car’s reduced velocity, the main wave created during entry moves ahead of the car, resulting in less water accumulating in front of it. Consequently, the pressure graph for the slower car shows that point 7 remains out of contact with the water for most of the time after the car is fully in the waterway.

下面的图表说明了如何利用体积样品。 在右图中，我们观察左侧轮胎的体积样本的位置。 在图中，描绘了样品中汽车位置上的流体体积。 一般来说，与后轮胎相比，前轮胎需要应对的水量要大得多。 这与上图一致，我们可以看到覆盖率。 从这张图片中可以明显看出，水积聚在汽车前部，而在积水之后，汽车的其余部分经历了类似的低水位。

在比较高速和低速模拟时，我们观察到与上述类似的情况：在更高的速度下，前后轮胎都必须应对更多的水。

计算统计概要

Simualtion with Version 2.7

In Contrast Simualtion with Version 2.6