大方程式赛车车架设计与优化【字数：9604】
摘 要本文由2019年中国大学生方程式规则为依据，首先使用CATIA这个三维建模软件完成车架结构的初步设计。并且为了达到在提升车架性能的同时又保障车架的轻量化性能并且确保车手驾驶时车架结构拥有足够的安全系数，并且提高设计的效率，减少车架设计花费的时间，还能在后期与各系统配合装配时快速得出最合适的修改参数，因此使用Pro/ENGINEER Mechanica这个软件模块完成快速有限元分析。根据分析结果，选择修改车架基本结构来提升车架结构强度来达到车架安全系数这一目的。通过再次进行静态分析来完成性能成果优化，相较于以往使用反复修改各项参数来达到相对来说更为合理的状态这一耗时长、误差大并达不到车架重量和性能完美协调的方法来说，此方式更为便捷。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2 FSAE大赛简介 1
1.3研究目的和意义 1
1.4大赛车架设计分析现状 2
1.5本文研究主要内容 3
1.6本章小结 3
2. FSAE赛车车架结构设计 4
2.1建模软件介绍 4
2.2 FSAE赛车车架结构设计基本要求 5
2.3赛车车架具体设计情况 9
2.3.1车架类型选择 9
2.3.2 车架材料选择 9
2.3.3车架焊接方式选择 10
2.3.4车架设计过程 10
2.4本章小结 14
3.车架的有限元分析与优化 15
3.1有限元软件介绍 15
3.2有限元静态分析 16
3.2.1前期设定 16
3.2.2进入分析界面 18
3.2.3后处理 20
3.2.4优化分析 23
3.3有限元热分析 26
3.3.1.前期设定 27
3.3.2 结论 28
3.4本章小结 29
4.结论与展望 30
4.1结论 30
4.2展望 30
参考文献 31
致谢 32
1.绪论
1.1引言 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
当今社会科技飞速发展，随着计算机技术和有限元分析软件的改革变化，我们对于车架设计优化这一项工作又有了不一样的解决办法。相较于以往使用反复修改各项参数来达到相对来说更为合理的状态这一耗时长、误差大并达不到车架重量和性能完美协调的方法来说，使用有限元分析这一方法是利用算法调整各参数的实际参数这一办法不仅能在提升车架性能的同时又能同时保障车架的轻量化性能，并且可以提高设计的效率，减少在车架设计上花费的时间，还能在后期与各系统配合装配时快速得出最合适的修改参数。
事物之所以会毁坏，无非就是两个条件：振动和热。所以此次车架优化从振动及热分析这两方面入手。
1.2 FSAE大赛简介
Formula SAE比赛于1979年由美国车辆工程师协会（SAE）开创举办，想要参加比赛的大学生需要在一年内开发一辆进排气为610c.c.以下的休闲赛车，该赛车另外需要满足装配简单紧凑这一要求，并且该赛车能够满足小工厂每天至少可以生产4辆这一条件。这项比赛的重点是创造一种更具竞争力的车辆，它比更快的车辆更安全，更强大，更便宜。
Formula SAE挑战本科生和研究生设计和制造微型方程赛车的能力。它将对整车的设计有一个相对较小的限制，以便为汽车的高弹性设计和自我表达提供创造力和想象空间。比赛前的每辆车通常用于设计，制造，测试和赛车只有8至12个月。在与来自世界各地的大学团队的交流和谈判中，比赛让每辆赛车和他们的车队都有机会展示他们的创造力和公平性。
1.3研究目的和意义
大多数大学生方程赛车框架是桁架结构，负责整合车辆组件和安装每个系统的组件。它需要连接和支撑各系统，同时承受住各种传递给它的力矩与扭矩，更重要的是它需要具备一定的安全性能来保障驾驶员的生命安全。
对于大学生方程式赛车大赛来说，关于赛车最终成绩评定的各项性能要求中，和赛车车架有关的有车架的重量和结构。车架总量影响的是燃油的经济性与动力性，车架结构影响了其强度、可靠性及人机工程配合度。
所以本论文讲述的就是关于赛车车架的设计与优化。
1.4大赛车架设计分析现状
车架是汽车装配基座和装载底座，其功能是支撑连接汽车的每个装配部件。车架还承受来自车内外的各种载荷。车架是比赛的基础，连接各种组件，如发动机，速度差速器，变速箱，悬架，加速器，制动器和驾驶员座椅等[1]。
问题研究的基础是了解中国大学生方程式的规则，本次大赛通过各种项目对驾驶稳定性，燃油经济性，动力，底盘成本等进行了全面的调查。因此根据大赛规则的要求并且以此为基础，完成赛车车架结构的初步设计，并在有选择性的在轻量化和结构强度两个选项中达到平衡。接着了解有限元分析软件的使用方式，学习有限元分析相关知识，帮助完成车架的设计及分析优化。
海外底盘的分析研究始于60年代后期，随着现代计算机技术的迅速发展，其设计与分析一条龙生产线在底盘结构设计中采用了大量的计算机辅助设计和分析技术，目前，有限元法在汽车底盘设计和分析中的应用国外比国内更为成熟，已经取得了很多成果。国外有限元分析应用范围广，模型更精细，有限元软件自动化程度更高[2]。 海外开发的有限元分析技术已经基本成熟。
对大学生方程式车架的初步研究通常是基于成功的车架设计插图和设计师的主观体验，普通车架设计具有较弱的局部强度 ，整体强度不均匀，车架材料没有得到足够的应用的问题。车架的质量很大，会影响比赛的燃油效率，动力和其他性能，国内的汽车研发工作比海外慢，有限元方法的研究也相对较晚。然而，经过研究人员的努力，国内的汽车工业在有限元方法研究中取得了一定的成果。
CAE技术太少，适合设计的研究，特别是初步设计，大多数研究都是对成品的分析。因此，CAE技术无法得到充分利用，缩短产品开发周期的能力无法得到充分利用。
从应用的角度来看，有限元分析也主要应用于结构强度分析领域，碰撞，振动，噪声等领域的模拟计算才刚刚开始，没有关于汽车的结构或部件如何针对每种性能系统分析的大量示例。
1.5本文研究主要内容
主要内容是根据比赛规则使用Catia完成赛车车架结构的基本设计，并自主选择框架的材料，加工方法，焊接方法和一般情况。之后再使用Pro/ENGINEER Mechanica进行车架结构的线性建模，接着，完成静态分析，根据结果进行车架结构的优化，之后再进行优化分析。最后，完成关于车架的热应力分析[3]。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2 FSAE大赛简介 1
1.3研究目的和意义 1
1.4大赛车架设计分析现状 2
1.5本文研究主要内容 3
1.6本章小结 3
2. FSAE赛车车架结构设计 4
2.1建模软件介绍 4
2.2 FSAE赛车车架结构设计基本要求 5
2.3赛车车架具体设计情况 9
2.3.1车架类型选择 9
2.3.2 车架材料选择 9
2.3.3车架焊接方式选择 10
2.3.4车架设计过程 10
2.4本章小结 14
3.车架的有限元分析与优化 15
3.1有限元软件介绍 15
3.2有限元静态分析 16
3.2.1前期设定 16
3.2.2进入分析界面 18
3.2.3后处理 20
3.2.4优化分析 23
3.3有限元热分析 26
3.3.1.前期设定 27
3.3.2 结论 28
3.4本章小结 29
4.结论与展望 30
4.1结论 30
4.2展望 30
参考文献 31
致谢 32
1.绪论
1.1引言 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
当今社会科技飞速发展，随着计算机技术和有限元分析软件的改革变化，我们对于车架设计优化这一项工作又有了不一样的解决办法。相较于以往使用反复修改各项参数来达到相对来说更为合理的状态这一耗时长、误差大并达不到车架重量和性能完美协调的方法来说，使用有限元分析这一方法是利用算法调整各参数的实际参数这一办法不仅能在提升车架性能的同时又能同时保障车架的轻量化性能，并且可以提高设计的效率，减少在车架设计上花费的时间，还能在后期与各系统配合装配时快速得出最合适的修改参数。
事物之所以会毁坏，无非就是两个条件：振动和热。所以此次车架优化从振动及热分析这两方面入手。
1.2 FSAE大赛简介
Formula SAE比赛于1979年由美国车辆工程师协会（SAE）开创举办，想要参加比赛的大学生需要在一年内开发一辆进排气为610c.c.以下的休闲赛车，该赛车另外需要满足装配简单紧凑这一要求，并且该赛车能够满足小工厂每天至少可以生产4辆这一条件。这项比赛的重点是创造一种更具竞争力的车辆，它比更快的车辆更安全，更强大，更便宜。
Formula SAE挑战本科生和研究生设计和制造微型方程赛车的能力。它将对整车的设计有一个相对较小的限制，以便为汽车的高弹性设计和自我表达提供创造力和想象空间。比赛前的每辆车通常用于设计，制造，测试和赛车只有8至12个月。在与来自世界各地的大学团队的交流和谈判中，比赛让每辆赛车和他们的车队都有机会展示他们的创造力和公平性。
1.3研究目的和意义
大多数大学生方程赛车框架是桁架结构，负责整合车辆组件和安装每个系统的组件。它需要连接和支撑各系统，同时承受住各种传递给它的力矩与扭矩，更重要的是它需要具备一定的安全性能来保障驾驶员的生命安全。
对于大学生方程式赛车大赛来说，关于赛车最终成绩评定的各项性能要求中，和赛车车架有关的有车架的重量和结构。车架总量影响的是燃油的经济性与动力性，车架结构影响了其强度、可靠性及人机工程配合度。
所以本论文讲述的就是关于赛车车架的设计与优化。
1.4大赛车架设计分析现状
车架是汽车装配基座和装载底座，其功能是支撑连接汽车的每个装配部件。车架还承受来自车内外的各种载荷。车架是比赛的基础，连接各种组件，如发动机，速度差速器，变速箱，悬架，加速器，制动器和驾驶员座椅等[1]。
问题研究的基础是了解中国大学生方程式的规则，本次大赛通过各种项目对驾驶稳定性，燃油经济性，动力，底盘成本等进行了全面的调查。因此根据大赛规则的要求并且以此为基础，完成赛车车架结构的初步设计，并在有选择性的在轻量化和结构强度两个选项中达到平衡。接着了解有限元分析软件的使用方式，学习有限元分析相关知识，帮助完成车架的设计及分析优化。
海外底盘的分析研究始于60年代后期，随着现代计算机技术的迅速发展，其设计与分析一条龙生产线在底盘结构设计中采用了大量的计算机辅助设计和分析技术，目前，有限元法在汽车底盘设计和分析中的应用国外比国内更为成熟，已经取得了很多成果。国外有限元分析应用范围广，模型更精细，有限元软件自动化程度更高[2]。 海外开发的有限元分析技术已经基本成熟。
对大学生方程式车架的初步研究通常是基于成功的车架设计插图和设计师的主观体验，普通车架设计具有较弱的局部强度 ，整体强度不均匀，车架材料没有得到足够的应用的问题。车架的质量很大，会影响比赛的燃油效率，动力和其他性能，国内的汽车研发工作比海外慢，有限元方法的研究也相对较晚。然而，经过研究人员的努力，国内的汽车工业在有限元方法研究中取得了一定的成果。
CAE技术太少，适合设计的研究，特别是初步设计，大多数研究都是对成品的分析。因此，CAE技术无法得到充分利用，缩短产品开发周期的能力无法得到充分利用。
从应用的角度来看，有限元分析也主要应用于结构强度分析领域，碰撞，振动，噪声等领域的模拟计算才刚刚开始，没有关于汽车的结构或部件如何针对每种性能系统分析的大量示例。
1.5本文研究主要内容
主要内容是根据比赛规则使用Catia完成赛车车架结构的基本设计，并自主选择框架的材料，加工方法，焊接方法和一般情况。之后再使用Pro/ENGINEER Mechanica进行车架结构的线性建模，接着，完成静态分析，根据结果进行车架结构的优化，之后再进行优化分析。最后，完成关于车架的热应力分析[3]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/534.html
