fsae赛车车架优化设计及有限元分析(附件)【字数：9440】
摘 要近几年，随着FSAE方程式赛车比赛在国内的发展，方程式赛车车架结构发展日新月异。我们打算更好的设计改善方程式赛车车架,运用CATIA软件进行车架的初期建模,在ANSYS软件中进行有限元分析。着重进行车架的强度分析、刚度分析、动态分析以及模态分析,从而进一步改进车架的三维模型,使得车架在保证安全性能,也能更好的减轻车身重量,提高乘坐舒适度。运用有限元分析可以很大程度地减少设计的周期，区别于之前的经验设计法，此方法更为经济、科学、严密，对车架地优化设计有很大的意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究目的 1
1.3研究目标 1
1.4 国内外发展现状 2
第二章 车架模型的建立 3
2.1赛车车架的设计思路 3
2.2车架具体设计 3
2.2.1车架结构选择 3
2.2.2车架材料选择 3
2.3车架三维模型建立 4
第三章 有限元分析 5
3.1 有限元分析思路 5
3.2网格划分 5
3.3车架强度分析 6
3.3.1车架弯曲工况分析 6
3.3.2紧急制动工况分析 8
3.3.3紧急转弯工况分析 9
3.4 车架扭转刚度的校核 11
3.4.1固定后轮 11
3.4.2 固定前轮 11
3.5 车架的模态分析 12
第四章 优化分析 17
4.1优化改进方面 17
4.2 车架优化后对比 18
4.3对优化后的车架进行有限元分析 19
4.3.1弯曲工况 19
4.3.2紧急制动工况 19
4.3.3紧急转弯工况 20
4.4优化后车架的扭转刚度校核 20
4.4.1 固定后轮 20
4.4.2 固定前轮 20
4.5 优化后车架的模态分析 20
结束语 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
绪论
1.1引言
从1978年开始FSAE被纳入面向大学生的综合性的工程师教育工程,经过几年的发展,国内的FSAE赛事开始兴盛起来,通过各个参赛方大学生们的努力,赛车的性能和结构日新月异。车架是FSC赛车结构承受力最多的位置,同时也承受了赛车所受到的各种力和力所产生的力矩,良好的车架可以缓冲地面对赛车的激励以及车内的内部激励。因此,通过优化设计提升赛车车架的安全性并减轻车架的重量对于提升赛车的整体性能,以及提高赛车的燃油经济性上有它的独到之处。因为本校并无此类项目,通过韩英老师介绍我们前往大学工学院拜访宁远车队,参观讨教。
1.2研究目的
通过大学最后一次的毕业设计，了解赛车的车架设计的过程，方法，研究手段，进一步提升自己对车架设计的水平。
（2）完成本次FSAE赛车车架的设计，进而提升自己对其他车型的车架以及其他车身结构设计的能力。
（3）运用大学四年所学的基础知识和专业知识并运用到实际设计当中，提高自己的实践水平。
（4）通过对实体车架分析，从而进行进一步优化而得到性能更加完善的车架。
（5）在本次设计中提高自己对软件的应用水平和操作技术，为未来工作夯实基础。
1.3研究目标
赛车车架应满足以下要求：
(1)车架有足够的强度，可以在受到外部载荷时不发生断裂而导致赛车出现重大故障，保障了赛车的安全性。
(2）具有足够的扭转刚度，赛车在比赛行驶过程中受到外力作用从而发生变形，足够的扭转刚度是为了变形尽可能的小从而保证赛车的结构平稳，保持赛车的正常行驶。
在赛车各方面安全的情况下尽一切可能去减轻车身质量，来使赛车得以轻量化，以提高赛车的动力性能和燃油经济性。
经过模态分析所得到的赛车的固有频率应尽量避开路面激励而产生的振动频率以及有赛车内部发动机产生的自身激励，从而可以防止共振现象的出现，导致赛车发生剧烈抖动。进一步提高赛车的使用寿命并且可以保证车手的乘坐舒适度。
1.4 国内外发展现状
随着FSAE比赛逐年进行，激烈的竞争促使各个大学的车队赛车设计的周期一减再减，原本设计一辆赛车需要若干年的时间，而如今时间被缩短至短短几个月。然而，这样的要求的改变对于设计、优化汽车的配置和结构提出了更高的基准与难度，同时，在汽车的改良过程中，能够精准的对汽车的性能进行预测和评估因而变得迫在眉睫起来。在往年的设计过程中，通常大学生在进行赛车的设计和优化改进的时候，通常有两种方法是经常用来分析的：第一种方法是传统设计法（经验设计法），第二种则是现代设计法（有限元分析算法）。方法一是应用以往经验对赛车结构进行改进，因此不可避免的会出现设计的盲目性，设计改进后的赛车没有质的变化，赛车的整体性能也不会得到很好的提高。而且，赛车的设计周期往往会被拖得很长，赛车更新的速度很慢。
国外对车架的有限元法分析研究始于60年代中后期，并随着现代计算机技术的快速发展，在车架结构设计中大量使用计算机辅助设计与分析技术，目前，国外在汽车车架设计与分析中的有限元法应用已经比较成熟，并取得大量研究成果。国外对车架的有限元分析有应用范围广、模型精细化程度高、有限元软件自动化程度高的特点。而国内由于起步较晚，在有限元软件的应用上还有待于提高及进一步的突破。随着计算机技术的发展，有限元技术成为了汽车设计的重要设计方法之一，有限元分析避免了传统设计法的弊端，对汽车结构的刚度分布进行了定量的分析，此方法可以预测、评估赛车的各种性能如强度、动态、刚度、疲劳寿命等，避免了经验设计法的盲目性，在有限元模型中首先进行车架结构优化与评价，再修改车架的三维几何模型的优化方法，缩短了车架研发周期，提高了效率。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究目的 1
1.3研究目标 1
1.4 国内外发展现状 2
第二章 车架模型的建立 3
2.1赛车车架的设计思路 3
2.2车架具体设计 3
2.2.1车架结构选择 3
2.2.2车架材料选择 3
2.3车架三维模型建立 4
第三章 有限元分析 5
3.1 有限元分析思路 5
3.2网格划分 5
3.3车架强度分析 6
3.3.1车架弯曲工况分析 6
3.3.2紧急制动工况分析 8
3.3.3紧急转弯工况分析 9
3.4 车架扭转刚度的校核 11
3.4.1固定后轮 11
3.4.2 固定前轮 11
3.5 车架的模态分析 12
第四章 优化分析 17
4.1优化改进方面 17
4.2 车架优化后对比 18
4.3对优化后的车架进行有限元分析 19
4.3.1弯曲工况 19
4.3.2紧急制动工况 19
4.3.3紧急转弯工况 20
4.4优化后车架的扭转刚度校核 20
4.4.1 固定后轮 20
4.4.2 固定前轮 20
4.5 优化后车架的模态分析 20
结束语 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
绪论
1.1引言
从1978年开始FSAE被纳入面向大学生的综合性的工程师教育工程,经过几年的发展,国内的FSAE赛事开始兴盛起来,通过各个参赛方大学生们的努力,赛车的性能和结构日新月异。车架是FSC赛车结构承受力最多的位置,同时也承受了赛车所受到的各种力和力所产生的力矩,良好的车架可以缓冲地面对赛车的激励以及车内的内部激励。因此,通过优化设计提升赛车车架的安全性并减轻车架的重量对于提升赛车的整体性能,以及提高赛车的燃油经济性上有它的独到之处。因为本校并无此类项目,通过韩英老师介绍我们前往大学工学院拜访宁远车队,参观讨教。
1.2研究目的
通过大学最后一次的毕业设计，了解赛车的车架设计的过程，方法，研究手段，进一步提升自己对车架设计的水平。
（2）完成本次FSAE赛车车架的设计，进而提升自己对其他车型的车架以及其他车身结构设计的能力。
（3）运用大学四年所学的基础知识和专业知识并运用到实际设计当中，提高自己的实践水平。
（4）通过对实体车架分析，从而进行进一步优化而得到性能更加完善的车架。
（5）在本次设计中提高自己对软件的应用水平和操作技术，为未来工作夯实基础。
1.3研究目标
赛车车架应满足以下要求：
(1)车架有足够的强度，可以在受到外部载荷时不发生断裂而导致赛车出现重大故障，保障了赛车的安全性。
(2）具有足够的扭转刚度，赛车在比赛行驶过程中受到外力作用从而发生变形，足够的扭转刚度是为了变形尽可能的小从而保证赛车的结构平稳，保持赛车的正常行驶。
在赛车各方面安全的情况下尽一切可能去减轻车身质量，来使赛车得以轻量化，以提高赛车的动力性能和燃油经济性。
经过模态分析所得到的赛车的固有频率应尽量避开路面激励而产生的振动频率以及有赛车内部发动机产生的自身激励，从而可以防止共振现象的出现，导致赛车发生剧烈抖动。进一步提高赛车的使用寿命并且可以保证车手的乘坐舒适度。
1.4 国内外发展现状
随着FSAE比赛逐年进行，激烈的竞争促使各个大学的车队赛车设计的周期一减再减，原本设计一辆赛车需要若干年的时间，而如今时间被缩短至短短几个月。然而，这样的要求的改变对于设计、优化汽车的配置和结构提出了更高的基准与难度，同时，在汽车的改良过程中，能够精准的对汽车的性能进行预测和评估因而变得迫在眉睫起来。在往年的设计过程中，通常大学生在进行赛车的设计和优化改进的时候，通常有两种方法是经常用来分析的：第一种方法是传统设计法（经验设计法），第二种则是现代设计法（有限元分析算法）。方法一是应用以往经验对赛车结构进行改进，因此不可避免的会出现设计的盲目性，设计改进后的赛车没有质的变化，赛车的整体性能也不会得到很好的提高。而且，赛车的设计周期往往会被拖得很长，赛车更新的速度很慢。
国外对车架的有限元法分析研究始于60年代中后期，并随着现代计算机技术的快速发展，在车架结构设计中大量使用计算机辅助设计与分析技术，目前，国外在汽车车架设计与分析中的有限元法应用已经比较成熟，并取得大量研究成果。国外对车架的有限元分析有应用范围广、模型精细化程度高、有限元软件自动化程度高的特点。而国内由于起步较晚，在有限元软件的应用上还有待于提高及进一步的突破。随着计算机技术的发展，有限元技术成为了汽车设计的重要设计方法之一，有限元分析避免了传统设计法的弊端，对汽车结构的刚度分布进行了定量的分析，此方法可以预测、评估赛车的各种性能如强度、动态、刚度、疲劳寿命等，避免了经验设计法的盲目性，在有限元模型中首先进行车架结构优化与评价，再修改车架的三维几何模型的优化方法，缩短了车架研发周期，提高了效率。
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