大巴哈越野赛车车架设计与分析(附件)【字数：8800】
摘 要 巴哈越野车大赛赛车的重要组成部分就是车架，赛车的发动机、加速箱、转向器等大多数载荷都由它来承担。本研究基于2018中国汽车工程学会巴哈大赛规则，利用CATIA对赛车车架进行设计与建模，对于车架的各种工况的应力和应变通过有限元软件ANSYA来实现分析，其中有满载、紧急制动、弯曲、扭曲、急转弯这些重要工况，最后再对不合理的地方进行改进，对越野赛车车架的各方面深入优化改进，让赛车车架的构造以及别的功能更完善，这样使得车架变得更加轻便，原始材料的需求更少，对赛车具有重大意义。
目 录
第一章 绪论1
1.1课题的背景与意义1
1.2国内外研究现状1
1.2.1国外研究现状1
1.2.2国内研究现状2
1.3本课题的研究内容3
第二章 赛车车架的设计与建模4
2.1车架设计总体要求4
2.2车架材料选择4
2.3车架三维模型建立4
第三章 车架的有限元分析6
3.1强度分析6
3.1.1 满载弯曲工况分析6
3.1.2 满载扭转工况分析8
3.1.3 弯扭组合工况分析10
3.1.4 紧急制动工况分析12
3.1.5 高速转弯工况分析14
3.1.6 转弯时紧急制动工况分析16
3.2刚度计算18
3.2.1弯曲刚度计算18
3.2.2扭转刚度计算19
结束语20
致谢21
参考文献22 第一章 绪论
1.1课题背景与意义
巴哈越野赛车大赛的其中十分重要的组成部分就是车架，赛车的发动机、加速箱、离合器、驾驶员等一系列的重量都由它承载。由于道路的曲折性，巴哈赛车的车架强度标准很高而且质量应该轻一点，并且需要它有着超常的稳定性能，赛车车架的材料要用高强度合金钢，而且通过焊接互相联接，那对焊接工艺的标准相对较高。赛车驰行的行程中，巴哈赛车车架承担着来于各种工况的载荷冲击，车架的结构强度、刚度和抗疲劳强度这些会对着车架的安全和可靠产生影响。所以对赛车的车架进行优化升级，提高巴 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
哈越野赛车车架的构造和各项性能，以此让赛车车架变得更加轻便，以及对成本降低。
在中国大学生汽车方程式(简称FSC)项目中,车身由车架作为基本载体，一般都要先确定好车架，才可以进行下一步的基本定向，所有的系统组件都要安装在它上面，比如制动系统、传动系统、转向系统等等一系列组件，这些组件的重量加起来以及它们施加的各种力都要靠车架来承担，在确保车架满足这些基本条件下，对车架的设计更轻便，对原始材料的成本更加降低，所以，车架的结构分析还有对它的优化设计是赛车研究的重要方向。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
车架是跨接在汽车前后车桥上的框架式结构，俗称大梁，是汽车的基体。在陈毅强,刘子建发表的《电动汽车车身的回传射线矩阵刚度链分析方法》[1]中，车架一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。车架必须具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。车架的功用是支撑、连接汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受汽车内外的各种载荷。现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架。汽车绝大多数部件及总成都是通过车架来固定的，如发动机、传动系、悬架、转向系统、驾驶室、货箱和相关操作机构。车架起到支撑连接汽车各零部件的作用，并承受来自车内外的各种载荷。依据王承梅，黄爱维，牛华在《FASE赛车车架的总体设计》[2]指出首先应满足汽车总布置的要求。汽车在复杂的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应该发生干涉。汽车在崎岖道路上行驶时 ,车架在载荷作用下可能产生扭转变形以及在纵向平面内的弯曲变形；当一边车轮遇到障碍时，还可能使整个车架扭曲成菱形。这些变形将会改变安装在车架上的各部件之间的相对位置，从而影响其正常工作。因此，车架还应具有足够的强度和适当的刚度。为了提高汽车整车的轻量化水平,要求车架质量尽可能小。此外，车架应布置得离地面近一些,以使汽车重心降低,以利于提高汽车的行驶稳定性，这一点对于客车和轿车来说尤为重要[2]。
上世纪60年代，美国及其他国家就曾应用有限元方法来确定车架强度，刚度等静态特性。70年代，美国应用?NASTRAN 不仅对车架进行静态分析，而且有效地优化了车身结构，改善其应力分布状态，提供了应用有限元方法设计车身结构的新思路。在80年代，三菱公司应用相关程序对车身骨架进行了有限元分析。进入90年代后，计算机辅助分析（CAE）技术不只用于车架结构的仿真分析，更在车身结构设计的初始阶段应用拓扑优化设计，使汽车车身结构初始设计不再依靠经验或改进结构来设计。美国福特汽车公司曾经为了提高车辆乘坐舒适性，将有限元分析应用到新车研发项目中，并取得了满意的研究结果。2004年和详细论述了如何运用有限元法对车身结构进行模态分析，并依据分析结果提出合理的车架结构改进方案[3]。2005，BALáZS GOMBOR 建立了基于?ADAMS 的车辆动态模型，并将试验测试结果与静力学结果进行比较，得到了良好的研究结果[4]。2008?年，Koprubasi Kerem构建了混合电动汽车动态模型，并对模型进行纵向响应分析，依据分析结果对模型进行改进，进一步提高车辆的运行性能[5]。2010年，Jagadeep?Thota 进行了对车架施加冲击载荷的研究，来确定其结构强度能否满足安全使用要求。同时研究以提升强度和减轻车身质量为优化目标，对整体结构进行优化分析研究，得出总质量可减轻 25％的结果。2014年，Goran N．Radoicic 在非线性动态特性研究方面得到了一定成果。其在对起重机车架结构进行瞬态响应分析时应用有限元法，从而可得到其敏感性表征参数[6]。 ??
1.2.2国内研究现状
对于有限元方法，国内在上世纪80年代才展开研究。上世纪七十年代末，谷涛等人对汽车车架进行了有限元分析并发表相关文章。随着计算机技术的高速发展，国内学者对车架结构研究逐层深入。2007年，刘杨等人提出了一种全新的车架有限元模型构建方法即利用板单元法。同时为了解决车架强度低、刚度小等问题，其还运用拓扑优化理论对车身骨架进行了分析，最后研究出一种新型有限元模型[7] 。2009年，南京航空航天大学的徐晓娜通过对车身在五种工况下的强度分析，找出车身薄弱结构，并提出了相应的改进意见，然后以减轻车身质量为目标，应用DOE分析方法，在确保其动态性能不变的情况下，达到了车架轻量化的目的，得到DOE分析方法在车架轻量化方面具有可行性的结论[8]。2010年，哈尔滨工程大学的匡霞针对长春某型号客车车架在使用 ３～５年后产生裂纹的问题，对裂纹处进行了随机振动研究，找到了容易产生裂纹的危险区域，并进行随机疲劳寿命研究，找到车架的破坏原因[9]。吴带迪在《浅析采用多用型纵梁的车架设计》[10]中分析了车架的设计寿命分析，2013年，湖南大学的王玉涛以预测某型矿用自卸车车架疲劳寿命为出发点，对车架整体进行了全寿命分析，结合整车动力学模型仿真结果和有限元模态分析结果，绘制出该车架的疲劳寿命分布图。2015年，苏瑞意等人以轻量化为目标，结合遗传算法，构建出新型的车架拓扑优化数学模型，并将实际情况与优化方案相结合进一步改进了车架,袁清华等人在《半挂式废钢运输车设计》[11]提出改进后整车扭转刚度及材料利用率均得到提高，同时整车质量降低。2016年，李福强等人在某型号自走式玉米收割机上设计了应变信号采集试验，采集到危险位置处动态应变信号，同时结合功率密度疲劳分析原理，陈军等人在《摩托车车架设计与试验设备》[12]成功预测出危险点处疲劳寿命，故其成为一种全新的预测。
目 录
第一章 绪论1
1.1课题的背景与意义1
1.2国内外研究现状1
1.2.1国外研究现状1
1.2.2国内研究现状2
1.3本课题的研究内容3
第二章 赛车车架的设计与建模4
2.1车架设计总体要求4
2.2车架材料选择4
2.3车架三维模型建立4
第三章 车架的有限元分析6
3.1强度分析6
3.1.1 满载弯曲工况分析6
3.1.2 满载扭转工况分析8
3.1.3 弯扭组合工况分析10
3.1.4 紧急制动工况分析12
3.1.5 高速转弯工况分析14
3.1.6 转弯时紧急制动工况分析16
3.2刚度计算18
3.2.1弯曲刚度计算18
3.2.2扭转刚度计算19
结束语20
致谢21
参考文献22 第一章 绪论
1.1课题背景与意义
巴哈越野赛车大赛的其中十分重要的组成部分就是车架，赛车的发动机、加速箱、离合器、驾驶员等一系列的重量都由它承载。由于道路的曲折性，巴哈赛车的车架强度标准很高而且质量应该轻一点，并且需要它有着超常的稳定性能，赛车车架的材料要用高强度合金钢，而且通过焊接互相联接，那对焊接工艺的标准相对较高。赛车驰行的行程中，巴哈赛车车架承担着来于各种工况的载荷冲击，车架的结构强度、刚度和抗疲劳强度这些会对着车架的安全和可靠产生影响。所以对赛车的车架进行优化升级，提高巴 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
哈越野赛车车架的构造和各项性能，以此让赛车车架变得更加轻便，以及对成本降低。
在中国大学生汽车方程式(简称FSC)项目中,车身由车架作为基本载体，一般都要先确定好车架，才可以进行下一步的基本定向，所有的系统组件都要安装在它上面，比如制动系统、传动系统、转向系统等等一系列组件，这些组件的重量加起来以及它们施加的各种力都要靠车架来承担，在确保车架满足这些基本条件下，对车架的设计更轻便，对原始材料的成本更加降低，所以，车架的结构分析还有对它的优化设计是赛车研究的重要方向。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
车架是跨接在汽车前后车桥上的框架式结构，俗称大梁，是汽车的基体。在陈毅强,刘子建发表的《电动汽车车身的回传射线矩阵刚度链分析方法》[1]中，车架一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。车架必须具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。车架的功用是支撑、连接汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受汽车内外的各种载荷。现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架。汽车绝大多数部件及总成都是通过车架来固定的，如发动机、传动系、悬架、转向系统、驾驶室、货箱和相关操作机构。车架起到支撑连接汽车各零部件的作用，并承受来自车内外的各种载荷。依据王承梅，黄爱维，牛华在《FASE赛车车架的总体设计》[2]指出首先应满足汽车总布置的要求。汽车在复杂的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应该发生干涉。汽车在崎岖道路上行驶时 ,车架在载荷作用下可能产生扭转变形以及在纵向平面内的弯曲变形；当一边车轮遇到障碍时，还可能使整个车架扭曲成菱形。这些变形将会改变安装在车架上的各部件之间的相对位置，从而影响其正常工作。因此，车架还应具有足够的强度和适当的刚度。为了提高汽车整车的轻量化水平,要求车架质量尽可能小。此外，车架应布置得离地面近一些,以使汽车重心降低,以利于提高汽车的行驶稳定性，这一点对于客车和轿车来说尤为重要[2]。
上世纪60年代，美国及其他国家就曾应用有限元方法来确定车架强度，刚度等静态特性。70年代，美国应用?NASTRAN 不仅对车架进行静态分析，而且有效地优化了车身结构，改善其应力分布状态，提供了应用有限元方法设计车身结构的新思路。在80年代，三菱公司应用相关程序对车身骨架进行了有限元分析。进入90年代后，计算机辅助分析（CAE）技术不只用于车架结构的仿真分析，更在车身结构设计的初始阶段应用拓扑优化设计，使汽车车身结构初始设计不再依靠经验或改进结构来设计。美国福特汽车公司曾经为了提高车辆乘坐舒适性，将有限元分析应用到新车研发项目中，并取得了满意的研究结果。2004年和详细论述了如何运用有限元法对车身结构进行模态分析，并依据分析结果提出合理的车架结构改进方案[3]。2005，BALáZS GOMBOR 建立了基于?ADAMS 的车辆动态模型，并将试验测试结果与静力学结果进行比较，得到了良好的研究结果[4]。2008?年，Koprubasi Kerem构建了混合电动汽车动态模型，并对模型进行纵向响应分析，依据分析结果对模型进行改进，进一步提高车辆的运行性能[5]。2010年，Jagadeep?Thota 进行了对车架施加冲击载荷的研究，来确定其结构强度能否满足安全使用要求。同时研究以提升强度和减轻车身质量为优化目标，对整体结构进行优化分析研究，得出总质量可减轻 25％的结果。2014年，Goran N．Radoicic 在非线性动态特性研究方面得到了一定成果。其在对起重机车架结构进行瞬态响应分析时应用有限元法，从而可得到其敏感性表征参数[6]。 ??
1.2.2国内研究现状
对于有限元方法，国内在上世纪80年代才展开研究。上世纪七十年代末，谷涛等人对汽车车架进行了有限元分析并发表相关文章。随着计算机技术的高速发展，国内学者对车架结构研究逐层深入。2007年，刘杨等人提出了一种全新的车架有限元模型构建方法即利用板单元法。同时为了解决车架强度低、刚度小等问题，其还运用拓扑优化理论对车身骨架进行了分析，最后研究出一种新型有限元模型[7] 。2009年，南京航空航天大学的徐晓娜通过对车身在五种工况下的强度分析，找出车身薄弱结构，并提出了相应的改进意见，然后以减轻车身质量为目标，应用DOE分析方法，在确保其动态性能不变的情况下，达到了车架轻量化的目的，得到DOE分析方法在车架轻量化方面具有可行性的结论[8]。2010年，哈尔滨工程大学的匡霞针对长春某型号客车车架在使用 ３～５年后产生裂纹的问题，对裂纹处进行了随机振动研究，找到了容易产生裂纹的危险区域，并进行随机疲劳寿命研究，找到车架的破坏原因[9]。吴带迪在《浅析采用多用型纵梁的车架设计》[10]中分析了车架的设计寿命分析，2013年，湖南大学的王玉涛以预测某型矿用自卸车车架疲劳寿命为出发点，对车架整体进行了全寿命分析，结合整车动力学模型仿真结果和有限元模态分析结果，绘制出该车架的疲劳寿命分布图。2015年，苏瑞意等人以轻量化为目标，结合遗传算法，构建出新型的车架拓扑优化数学模型，并将实际情况与优化方案相结合进一步改进了车架,袁清华等人在《半挂式废钢运输车设计》[11]提出改进后整车扭转刚度及材料利用率均得到提高，同时整车质量降低。2016年，李福强等人在某型号自走式玉米收割机上设计了应变信号采集试验，采集到危险位置处动态应变信号，同时结合功率密度疲劳分析原理，陈军等人在《摩托车车架设计与试验设备》[12]成功预测出危险点处疲劳寿命，故其成为一种全新的预测。
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