淋雨试验方法的研究和应用已有多年的历史。汽车淋雨试验是一种人工环境实验方法，用于测试汽车的防水密封性能，模拟在使用条件下自然降雨或滴水对汽车的影响。早在上世纪70年代，法国航空标准、、美国军标、英国军标就正式规定了关于人工降雨、、暴雨防滴漏的条款。1990年，我国还规定：GB/T 12480-90《乘用车雨密性试验方法》。

随着国民经济的快速发展，在产品的设计过程中应尽快采用现代设计方法，从根本上保证产品的质量和水平。CAD/CAE/CAM技术的广泛应用为产品设计和开发提供了可靠和先进的手段，曾被称为3C。随着计算机软硬件功能的快速发展，3C技术的应用得到了极大的推动，人们逐渐认识到计算机辅助设计的真正意义。鉴于车辆产品的总体目标，本文对软件解决方案函数、、数据结构、、处理器函数、和用户界面、等进行了比较。Ansys软件的解题功能不仅全满足其要求，而且为用户的应用提供了直观的方式，引导用户逐步分析。因此，本文采用Ansys软件进行参数化设计和仿真。

参数化建模是指用一组参数定义几何图形(体素)尺寸值，约束尺寸关系，然后提供给设计者进行几何建模。其主题是用几何约束、数学方程和关系解释产品模型的形状特征，从而得到形状或功能相似的设计方案簇。产品设计的目的是满足工业生产、、科学研究和现实生活的需要。对于各种实际要求，工业产品应该在功能和型号上不断改进。如果以前的设计不能满足功能要求，就必须重新设计产品；如果只是由于应用条件的不同而导致产品尺寸不同，那么只需要开发不同尺寸和型号的产品即可。系列化的、通用和标准化定型产品在设计时采用的数学模型和产品结构是相对固定的，但区别只是产品的结构尺寸，这是由于相同数量和类型的已知条件在不同规格的产品设计中取不同的值造成的。在设计这类产品时，采用参数化建模的方法来代替尺寸，这样对于不同结构尺寸的产品，通过改变相应的参数化尺寸的值，就可以自动快速地得到产品模型，节省了大量的重复过程，提高了设计和生产效率。

ANSYS是上的有限元商业应用程序。美国的John Swanson博士在1970年创立了ANSYS，然后开发了这个应用程序，用计算机模拟工程结构分析。经过30多年的不断改进和修改，它已经成为全工程应用中受欢迎的应用程序。其新版本是ANSYS8.1。

该应用程序的主要特点是紧跟计算机硬件、软件的新发展水平，功能丰富，用户界面良好，前后处理和图形功能齐全，使用效率的有限元系统。拥有丰富的、单元库、完善的、材料模型库和求解器，保证了其能够效率解决各种结构的静态、、动态、、振动、的线性和非线性问题，能够有效解决温度场问题、、散热场和多场耦合问题。其友好的图形界面和程序结构使用户易于学习和使用，通常专业人员可以在一个月左右的时间内掌握其应用方法和技巧；其全交互的前后处理和图形文件，大大减少了用户创建工程模型、生成有限元模型和分析评估结果的工作量；其统一、集中的数据库保证了系统各模块之间的可靠、灵活集成；其DDA模块实现了与众多CAD软件产品的有效连接。ANSYS的各种产品适用于各种版本的计算机平台，为用户提供了各种可能的选择。

如今，ANSYS的全球用户超过5000人。应用程序于90年代引入中国后，广泛应用于核工业、铁路、石油化工、航空航天、机械制造、能源工程、汽车交通、国防工业、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、。地质矿产、水利、家用电器等一般工业和科研，对产品设计、结构分析和各领域的科学研究做出了应有的贡献。

模拟的必要性

首先，根据流体力学和能量转换理论，对淋雨实验室的喷淋系统进行设计，选择节能作用好、经济成本低的设计方案。对每个喷头的喷水量进行分析计算，并将计算数据输入计算机。利用ANSYS仿真软件模拟淋雨试验，实现设计结果的可视化。用户可以通过可视化仿真系统直接了解设计的实验设备，并可以根据用户的要求随意调整各种参数，通过人机交互来改进设计，从而满足不同用户的各种需求。例如，测试对象可以是整个车辆或身体部分。如果是货车，只对驾驶室部分进行淋雨测试就够了，还能省钱。达到缩短设计周期、，优化设计方案、，节约设计成本的目的，从而促进我国汽车工业和国民经济的快速发展。



参数化有限元模型的建立

进入ANSYS的前处理模块，在工具菜单中选择ScalarParameters，弹出参数尺寸定义界面，如图1所示。本文以某喷嘴的参数为例，依次输入模型中需要参数化的尺寸并定义，完成参数化过程。在实际问题中，需要参数化的尺寸是有限的。在定义参数大小时，要注意不要让模型过度约束。然后开始在ANSYS中建模。如果模型中的尺寸是参数化的，则应该用尺寸的定义名输入，否则参数化的信息不会进入模型。

参数化模型建立后，进行正常单元定义、实参数定义、单元划分、加载和求解工作。完成这些过程后，用ANSYS的LGWRITE命令名保存命令流文件。Jobname是用户定义的分析文件名。用记事本打开，可以看到操作步骤被ANSYS以一定格式记录下来，尺寸定义部分被编辑，文件被保存。启动一个新的分析过程，使用ANSYS的/INPUT命令将文件读入ANSYS。因为它是一个批处理文件，程序在参数化尺寸编辑后自动执行分析过程以获得模型及其计算结果。从上面的讨论可以看出，ANSYS的参数化建模功能可以很容易的得到相同结构不同尺寸的模型的建模结果和分析结果。只有参数化模型建立后，才能进行进一步的优化分析过程。

模拟过程

本文主要利用ANSYS软件对淋雨实验室的喷淋系统进行模拟分析。产品各项性能符合国家标准GB/T 12480-90《乘用车防雨密封性试验方法》。

模型的建立

有限元模型是用于有限元分析的计算模型或数学模型，为计算提供原始数据。建模是整个有限元分析过程的关键。模型的合理与否将直接影响计算结果的准确性、计算时间的长短以及计算过程能否完成。

由于管道是轴对称图形，二维模型可以清晰地显示水在其中的流动。因此，为了节省计算机空间和减少计算时间，本文利用ANSYS的前处理模块分别建立了顶部、侧面和底部的二维模型。

模型的网格划分

有限元法的基本思想是将复杂的形状分成若干个简单的单元，利用单元的节点变量对单元的内部变量进行插值，实现整体结构的分析，并对连续体进行离散化，称为网格划分。离散有限元集将代替原来的弹性连续体，所有的计算和分析都将在这个模型上进行。因此，网格划分将关系到有限元分析的规模、速度和精度，以及计算的成败。实验表明，如果网格划分过细，计算精度会不足，达不到预期作用；但相反，随着网格数的增加，计算精度逐渐提高，计算时间增加不多；但当网格数增加到一定程度时，计算精度略有提高，但计算时间大大增加。啮合时要注意啮合的有效性和合理性。这样就存在一个优网格密度问题。该模型首先采用整体智能网格划分，然后在拐角处通过人工网格划分进行细化，使有限元计算结果符合实际情况。

限制性边界条件

加载时用边界条件数据描述结构的实际情况，即分析结构与外界的相互作用。假设入口流场是均匀的，没有径向分量。以单级单吸离心清水泵为例。当流量Q=100m3/h，扬程h=50m，转速n=2900r/min，功率F=22KW，入口直径d0=100mm，泵体压力阻力p=，泄放直径d1=80mm，公称外径d2=200mm时，管道内的入口速度可取公式V。在所有壁面上施加非滑移边界条件，即所有速度分量取为零；由于流体被视为不可压缩，其性质不变，在这种情况下，压力只能考虑相对值，即出口处所受压力的边界条件是相对压力为零；因为是湍流分析，所以可以局部放大出口，使流场得到能发展。加载时，边界条件可以直接施加到几何模型上，这样做的好处是当有限元网格发生变化，重新进行分析时，不必在节点上重新施加边界条件；通常的做法是在有限元模型上加载边界条件，所以在改变有限元网格时，必须先删除现有节点上的边界条件，然后再施加新的载荷，以保证加载的精度。但需要注意的是，无论采用何种加载方式，在ANSYS求解之前，载荷都会转换到有限元模型中。因此，加载到实体中的载荷将自动转移到其所属的节点或单元。