有限元分析的大大方程式赛车车架结构强度优化(附件)【字数：7405】
摘 要车架是我国大学生大学生方程式赛车( FSC )的重要组成部分，汽车最大的基础件。FSC车架是一种空间桁架结构。在竞争中，车架面临着各种交变工况的载荷冲击，如满载弯曲、满载扭转、紧急制动、高速转弯等。这些条件直接影响车架的可靠性和汽车的安全性。这几年大学生方程式赛车车架结构的优化倍受关注，有很多的研究方法其中使用最多的方法就是使用有限元进行分析为此，采用有限元法对FSC车架进行静动力性能(模态)分析。随着我国经济的不断发展，有限元技术在我国的载具领域获得广泛的应用，大大的提高了我国汽车生产行业的规格，越来越适应我国的发张的需求，以实现我国的可持续发展的战略。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2国内外的现状 1
第二章 车价有限元模型的建立 2
2.1车架模型的建立 2
2.2车架材料的确定 2
2.3大学生方程式赛车车架几何模型的建立 3
2.4车架有限元建立 4
第三章 车架的工况分析 6
3.1 车架静力学分析 6
3.2车架结构弯曲工况分析 6
3.3扭转工况的分析 6
3.4车架紧急制动工况分析 7
3.5车架高速转弯工况分析 7
3.6模态分析 8
第四章 ANSYS车架结构的优化设计 11
4.1结合实际情况对车架优化 13
4.2对车架优化结果的小结 13
结束语 14
致 谢 15
参考文献 16
第一章 绪论
1.1课题背景
伴随着汽车行业的发展，中国举办了大学生方程式汽车大赛。各大高校纷纷响应也受到外界的一致的好评，这对企业吸收汽车人才、提高竞争力、为中国汽车工业的长远发展储备人才、促进中国汽车工业由“制造大国”向“工业强国”的战略方向具有深远的战略意义和社会价值。
在车架的开发设计中，采用有限元法对车架进行了静力分析和动力特性分析，并利用分析结果对车架的设计参数进行了修正，在现代车架设计过程中起到了非常重要的作用。本次的研究课题主要是基于有限元的角度对车 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
架进行轻量化的研究。车架是车身最大的基础部件，其后部承载发动机了节能赛车为后置后驱，前面两个转向轮承载其转向机构的质量，中间的前后轮之间的车架承载驾驶员的质量。节能赛车在赛道驾驶时受到来自赛道的弯矩、扭矩等各种复杂载荷，以及路面和发动机激励产生的随机振动。车架性能的好坏也将直接影响整车的速度和驾驶的操纵性等性能因此在车架的设计过程中应确保车架能够有合格的抵抗弯曲、拉升、扭转和抵抗破坏的能力。现阶段的有限元分析计算领域中有很多承载着复杂的应力，在复杂的工况下有着复杂的载荷，所以就总的汽车而言作为工程领域的一个分支面临同样的问题和困难。汽车的结构非常复杂，包括很多大小的的零部件，而且汽车车架的设计同时为了确保驾驶人员的安全，会刻意的对车上的一些零部件重新的设计。
1.2国内外的现状
欧美汽车工业非常发汽车文化有着深厚的历史沉淀，fsae事件不断蓬勃发展，fsae赛车的研发和生产努力都很大。将有限元数值模拟技术和虚拟试验技术最大限度地应用于赛车的设计开发过程中，用于评价赛车车架的转向稳定性、平顺性、碰撞安全性和NVH性能( NVH是噪声、振动和刺耳的英文缩写，即噪声、振动和声学振动粗糙度，直接反映了人体对赛车在行驶过程中产生的振动和噪声的主观感受是评价汽车整体质量的重要性能指标)，当评价的汽车性能指标符合制造生产要求时，再对汽车进行严格的检测和标定，其技术已达到f1汽车研发和生产水平。国内外关于有限元在工程领域尤其汽车结构强度计算中的研究和运用,自60年代开始至今己广泛运用在各个领域。有限元法的全名又叫有限单元法,有限元是他的简称。其有限单元的基本思想定义为离散化这个概念早在40年代就已经提出来了,但由于计算机还在刚刚发明出来的阶段,许多功能还没有被开发出来,而且计算水平也非常有限,也正是因为这个外在原因,导致离散化这个思想并没有得到重视。
第二章 车价有限元模型的建立
2.1车架模型的建立
车架是汽车装配和装载的基础。车架承受车内和车外的各种载荷。车架是整车的安装骨架。车架将起到最重要的支撑和连接作用。为了保证汽车的轻量化，安全性和动力性，在生产制造前要进行模型的建立，因此在车架的设计中，建立可靠的三维模型是进行ANSYS分析的基础和前提，估算车架的合理的尺寸用笔先画出草图，根据驾驶人的身高车长为250cm，车的宽度为40cm车架的后桥高度为60cm；做三维图形的方法有很多，ANSYS中也可以切换画图建模这个是不需要转换的，直接的选择进入ANSYS WORKBENCH中进行分析，其次这个软件考虑到其三维功能的局限性，第三方三维软件衔接最好的就是UG，在commander 中勾选UG模块，便可以进入UG切换进入WORKBENCH。本次的设计我选择的第三种方法用的CATIA作图，但不建议复杂的图形选择这种方法，因为需要将CATIA转换中间格式.stp进行处理会在其中丢失细节，对于ANSYS的安装是还要求勾选CATIA衔接的入口转换模块。
大学生方程式赛车不同于一般的汽车，它的设计比较复杂且车架必须承担所有的零部件，如车架要容纳和支撑驾驶员，发动机、驾驶舱座椅和电池应放置合理；其次，车架要固定可靠；大学生方程式赛车车架的结构设计特点还在于其方向盘、车轮、制动系统等要求直接固定在车架上。因此，车架还应该尽量减轻其重量，同时还要保证汽车具有一定的控制稳定性和行驶平稳性能。
2.2车架材料的确定
节能赛车车架的选材应满足取材容易、加工性能好、价格便宜、强度好、质量轻等基本要求，综合考虑不锈钢和铝合金是比较理想的选材， 但是在加工方面，由于车架大部分用焊接制作，而铝合金的焊接技术比较困难，现在焊接铝合金的焊接工具多用于生产线，如Volkswagen旗下的激光焊接用于保时捷911等入门级跑车和豪华轿车上，工艺成本太高不太容易实现。相比之下， 不锈钢的焊接技术简单且加工工具易于购买，材料价格和加工的成本均相对较低，如：不锈钢管市场价大约16 元/m，而铝合金管大约32 元/m。综合考虑材料选择为Q235、钢弹性模量E=2.07e1lMPa 、泊松比0.25 、屈服极限244MPa 、抗拉强度375460MPa 、密度7.9g/cm。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2国内外的现状 1
第二章 车价有限元模型的建立 2
2.1车架模型的建立 2
2.2车架材料的确定 2
2.3大学生方程式赛车车架几何模型的建立 3
2.4车架有限元建立 4
第三章 车架的工况分析 6
3.1 车架静力学分析 6
3.2车架结构弯曲工况分析 6
3.3扭转工况的分析 6
3.4车架紧急制动工况分析 7
3.5车架高速转弯工况分析 7
3.6模态分析 8
第四章 ANSYS车架结构的优化设计 11
4.1结合实际情况对车架优化 13
4.2对车架优化结果的小结 13
结束语 14
致 谢 15
参考文献 16
第一章 绪论
1.1课题背景
伴随着汽车行业的发展，中国举办了大学生方程式汽车大赛。各大高校纷纷响应也受到外界的一致的好评，这对企业吸收汽车人才、提高竞争力、为中国汽车工业的长远发展储备人才、促进中国汽车工业由“制造大国”向“工业强国”的战略方向具有深远的战略意义和社会价值。
在车架的开发设计中，采用有限元法对车架进行了静力分析和动力特性分析，并利用分析结果对车架的设计参数进行了修正，在现代车架设计过程中起到了非常重要的作用。本次的研究课题主要是基于有限元的角度对车 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
架进行轻量化的研究。车架是车身最大的基础部件，其后部承载发动机了节能赛车为后置后驱，前面两个转向轮承载其转向机构的质量，中间的前后轮之间的车架承载驾驶员的质量。节能赛车在赛道驾驶时受到来自赛道的弯矩、扭矩等各种复杂载荷，以及路面和发动机激励产生的随机振动。车架性能的好坏也将直接影响整车的速度和驾驶的操纵性等性能因此在车架的设计过程中应确保车架能够有合格的抵抗弯曲、拉升、扭转和抵抗破坏的能力。现阶段的有限元分析计算领域中有很多承载着复杂的应力，在复杂的工况下有着复杂的载荷，所以就总的汽车而言作为工程领域的一个分支面临同样的问题和困难。汽车的结构非常复杂，包括很多大小的的零部件，而且汽车车架的设计同时为了确保驾驶人员的安全，会刻意的对车上的一些零部件重新的设计。
1.2国内外的现状
欧美汽车工业非常发汽车文化有着深厚的历史沉淀，fsae事件不断蓬勃发展，fsae赛车的研发和生产努力都很大。将有限元数值模拟技术和虚拟试验技术最大限度地应用于赛车的设计开发过程中，用于评价赛车车架的转向稳定性、平顺性、碰撞安全性和NVH性能( NVH是噪声、振动和刺耳的英文缩写，即噪声、振动和声学振动粗糙度，直接反映了人体对赛车在行驶过程中产生的振动和噪声的主观感受是评价汽车整体质量的重要性能指标)，当评价的汽车性能指标符合制造生产要求时，再对汽车进行严格的检测和标定，其技术已达到f1汽车研发和生产水平。国内外关于有限元在工程领域尤其汽车结构强度计算中的研究和运用,自60年代开始至今己广泛运用在各个领域。有限元法的全名又叫有限单元法,有限元是他的简称。其有限单元的基本思想定义为离散化这个概念早在40年代就已经提出来了,但由于计算机还在刚刚发明出来的阶段,许多功能还没有被开发出来,而且计算水平也非常有限,也正是因为这个外在原因,导致离散化这个思想并没有得到重视。
第二章 车价有限元模型的建立
2.1车架模型的建立
车架是汽车装配和装载的基础。车架承受车内和车外的各种载荷。车架是整车的安装骨架。车架将起到最重要的支撑和连接作用。为了保证汽车的轻量化，安全性和动力性，在生产制造前要进行模型的建立，因此在车架的设计中，建立可靠的三维模型是进行ANSYS分析的基础和前提，估算车架的合理的尺寸用笔先画出草图，根据驾驶人的身高车长为250cm，车的宽度为40cm车架的后桥高度为60cm；做三维图形的方法有很多，ANSYS中也可以切换画图建模这个是不需要转换的，直接的选择进入ANSYS WORKBENCH中进行分析，其次这个软件考虑到其三维功能的局限性，第三方三维软件衔接最好的就是UG，在commander 中勾选UG模块，便可以进入UG切换进入WORKBENCH。本次的设计我选择的第三种方法用的CATIA作图，但不建议复杂的图形选择这种方法，因为需要将CATIA转换中间格式.stp进行处理会在其中丢失细节，对于ANSYS的安装是还要求勾选CATIA衔接的入口转换模块。
大学生方程式赛车不同于一般的汽车，它的设计比较复杂且车架必须承担所有的零部件，如车架要容纳和支撑驾驶员，发动机、驾驶舱座椅和电池应放置合理；其次，车架要固定可靠；大学生方程式赛车车架的结构设计特点还在于其方向盘、车轮、制动系统等要求直接固定在车架上。因此，车架还应该尽量减轻其重量，同时还要保证汽车具有一定的控制稳定性和行驶平稳性能。
2.2车架材料的确定
节能赛车车架的选材应满足取材容易、加工性能好、价格便宜、强度好、质量轻等基本要求，综合考虑不锈钢和铝合金是比较理想的选材， 但是在加工方面，由于车架大部分用焊接制作，而铝合金的焊接技术比较困难，现在焊接铝合金的焊接工具多用于生产线，如Volkswagen旗下的激光焊接用于保时捷911等入门级跑车和豪华轿车上，工艺成本太高不太容易实现。相比之下， 不锈钢的焊接技术简单且加工工具易于购买，材料价格和加工的成本均相对较低，如：不锈钢管市场价大约16 元/m，而铝合金管大约32 元/m。综合考虑材料选择为Q235、钢弹性模量E=2.07e1lMPa 、泊松比0.25 、屈服极限244MPa 、抗拉强度375460MPa 、密度7.9g/cm。
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