大学生方程式赛车车架拓扑优化设计
大学生方程式赛车车架拓扑优化设计
方程式赛车车架是赛车的重要组成部分，它需要承载驾驶员与各种总成的重量，以及来自赛道的全部力。
为了提高赛车的动力性与经济性，利用hypermesh 对车架进行拓扑优化设计，分析优化得出车架各种力的传递路径与材料的最佳分布，为车架设计指明方向。
标签：方程式赛车；拓扑优化；hypermesh
引言
方程式赛车车架是赛车的重要的组成部分，它需要承载驾驶员与各种总成的重量，以及来自赛道的全部力。
因此车架的强度、刚度直接决定整车的安全与性能。
根据往届大赛比赛成绩来看，排名靠前的车队都有性能优异、质量较轻的车架，这是因为车架占整车质量的比重较大，车架的性能直接影响整车动力性、经济性。
而赛车的各个组成部分大部分是直接选择成品，并没有多大设计空间，因此设计一个既轻又拥有较好力学性能的车架显得尤为重要。
文章基于连续体拓扑优化理论，利用hypermesh中的OptiStruct模块并结合FSC大赛规则以及赛车四种工况对车架进行拓扑优化，初步设计出赛车车架的雏形，为车架方案的优化与最终确定指明方向。
使得车架在符合大赛安全要求的前提下，获得更合理的结构、更轻的质量，从而获改善整车的经济性与动力性。
1 理论概述
1.1 拓扑优化方法介绍
拓扑优化包括变密度法、变厚度法、渐进结构优化法和水平集方法等[1]。
变密度法是根据均勾化方法得到的一种有效的结构优化方法，变密度法不引入微结构，而是赋予有限元单元0-1的假想密度，设计变量为假想密度，目标函数为结构柔顺性，之后设置材料弹性模量、泊松比等材料参数，将位移和载荷设置为约束条件对设计变量进行优化，并对有限单元的假设密度赋予一个阔值，随着迭代过程的进行，密度大于阔值的单元被保留，密度小于阔值的单元被删除，因而优化区域的体积不断减小，最后留下的区域便是最终的拓扑优化结果。
变密度法的数学模型为：
1.2 拓扑优化流程
拓扑优化设计流程如图1所示。
2 拓扑优化
2.1 模型建立
根据FSC大赛规则，参赛大学生方程式赛车车架必须包含：（1）主环、（2）前环、（3）防滚架斜撑、（4）侧边防撞结构前隔板、（5）前隔板、（6）前隔板支撑系统等结构[2]。
车架所使用的材料使用用高强度4130铬钼钢圆管，材料的抗拉强度σb （MPa）：930、屈服强度σs（MPa）：785，并初步设计采用直径25.4mm壁厚3mm 的钢管。
由于赛车车架前环和主环结构有大赛规则有特殊要求，所以在拓扑优化中作为非设计区域单独设计出来。
并且车架后部由于发动机等总成的限制，优化设计空间比较小，所以文章只对车架前部驾驶舱做拓扑优化研究。
在CATIA软件中，根据上几代车型车架结构、造型，设计出前环主环的位置，及前防撞支架的形状位置，并用单体壳模型包络出新车架的大体轮廓，为拓扑优化做准备。
2.2 网格划分
网格类型的选择：文章中使用RBE2和RBE3单元类型对3D模型进行网格划分。
网格尺寸的选择：综合考虑分析结果的精度和效率，文章选择网格尺寸为10mm。
网格疏密的调整：为了保证优化计算的效率已经分析结果的精度，在结构简单规则处调整网格密度稀疏一些，在结构复杂处网格密度适当加密。
网格质量的检查：检查翘曲度、长宽比、扭曲角、雅克比值、最大内角、最小内角等值均在合理范围内[3]。
赋予材料属性：此方案所设计车架所用4130钢管的弹性模量为EX=2.05e11pa、泊松比PRVX=0.285、密度DENX=7850kg/m3。
单体壳的厚度选择25.4mm与钢管直径一致。
2.3 计算载荷的确定与边界条件的处理
工况设定：由于FSC方程式赛车大赛中有多个比赛环节，赛车需要经受多种不同的载荷与赛道激励，为了使设计更符合实际需求，文章在优化设计中设置了四种典型工况来模拟赛车的真实情况。
（1）弯曲工况：约束左右后悬架连接点处的Z方向自由度、左前悬架连接点处的XZ方向自由度、右前悬架的YZ方向自由度，释放其余自由度。
（2）扭转工况：约束左后悬架连接点处的所有自由度、右后悬架XZ方向自由度、左前悬架YZ方向自由度，释放其余自由度[4]。
（3）紧急制动工况：仅释放左右后悬架Y方向自由度，约束其余自由度，并沿X轴正方向给车架施加1.5倍重力加速度。
（4）急速转弯工况：释放左前悬架的Y方向自由度、后悬架的XY方向自由度，约束其他方向自由度，并沿Y轴正方向给车架施加1.5倍重力加速度。
定义优化变量：设置所包络的车架轮廓单体壳模型所有有限元单元密度为？浊i，其中ε<？浊i<1，设置优化基本厚度为零。
定义响应：最小化柔度；优化后保留材料体积占初始优化区域的体积百分比。
创建约束：本分析设定的约束条件为体积比为0.3。
创建目标：创建拓扑优化设计目标为最小化柔度。
2.4 优化结果分析
经过18次迭代，优化结果趋于收敛，总柔度收敛曲线如图5所示：
图6中浅色部分表示假想密度为1的单元（要保留的部分），深色部分表示假想密度为0的单元（要去除的部分），其他颜色表示假想密度介于0-1之间的单元[5]。
从结果可以发现，拓扑优化单元密度分布图中，浅色和深色区域较多，介于浅色、深色之间的部分较少，形成了较为明确的拓扑优化模型。
并且模型边界清晰，结构对称，符合设计要求。
参考文献
[1]姜立.FSC赛车车架结构动态特性分析与优化设计[D].北京信息科技大学，2013.
[2]中国汽车工程协会.2011中国大学生方程式汽车大赛规则[S].
2011.
[3]乔邦.基于有限元分析的大学生方程式赛车车架结构强度优化[D].
河南科技大学，2012.
[4]巢媛.重型货车车架结构的拓扑优化设计[D].重庆：重庆大学，2007.
[5]郭立群.商用车车架拓扑优化轻量化设计方法研究[D].长春：吉林大学汽车工程学院，2011.。
大学生方程式赛车制动踏板拓扑优化设计
10.16638/ki.1671-7988.2020.09.042大学生方程式赛车制动踏板拓扑优化设计薛科叙，李未*，龚成义（长春大学机械与车辆工程学院，吉林长春130022）摘要：为了更好实现赛车的轻量化设计目标，针对制动踏板，利用拓扑优化的方法对制动踏板进行结构优化并重建模型，并与原始制动踏板做强度分析与疲劳分析的结果对比。
结果表明，拓扑优化设计后的制动踏板，其变形量、应力分布均好于原始制动踏板，并且质量降低了22.1%，实现了轻量化设计目标，对赛车零部件设计思路具有一定的指导作用。
关键词：拓扑优化；轻量化；制动踏板中图分类号：U469.6+96 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)09-138-03The Topological Optimization Design of the Brake Pedal of the Formula SAEXue Kexu, Li Wei*, Gong Chengyi（College of mechanical and vehicle engineering, Changchun University, Jilin Changchun 130022）Abstract:In order to achieve the lightweight design goal of racing car better, For the brake pedal, the topological optimization method is used to optimize the structure of the brake pedal, then rebuild the model. At the meanwhile, the results of strength analysis and fatigue analysis are compared with the original brake pedal. The result shows that the deformation and stress distribution of the brake after topology optimization design are better than that of the original brake pedal, and the quality is reduced by 22.1%, achieving the goal of lightweight design. The paper has a certain guiding effect on the design of racing car parts.Keywords: Topology optimization; Lightweight; Brake pedalCLC NO.: U469.6+96 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)09-138-031 前言中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSC”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。
毕业设计(论文)-大学生方程式赛车设计(传动及最终传动系统设计)(含全套CAD图纸)
大学生方程式赛车设计（传动及最终传动系统设计）摘要汽车传动系统的基本功用是将发动机输出的动力传递给驱动车轮，传动系统对整车的动力性和设计中一个重要的组成部分。
本文主要研究的是FSAE方程式赛车传动系统的燃油经济性有很大的影响，故传动系统参数的确定是汽车设计，基于我院LS Racing车队三年来的比赛经验和设计理念，对赛车的传动系统进行优化和改造。
本赛车选用的是铃木CBRR600四缸发动机，差速器是选用德雷克斯勒限滑差速器（Drexler），根据发动机的特性参数、档位比和差速器的工作原理，选择合适的链传动比，计算链条的参数，设计差速器固定支架，合理的布置整个传动系统。
针对传动系统各组成部件，采用ANSYS有限元分析软件对零部件进行强度校核，优化结构使其达到质量轻、强度高的目标。
关键字：FSAE，差速器选型，德雷克斯勒限滑差速器，传动系IFormula SAE of china (transmission and final drivesystem)ABSTRACTThe basic function of auto transmission system is transfer engine power to drive wheels .The transmission system has a great influence in dynamic performance .So the parameter of drive system is one of the important part in automobile design .The article mainly research is drive system design of FSAE racing car. The car drive system optimization and transformation is based on LS Racing team competition experience and design concept in the past three years .The racing car engine is choose SUZUKI GSX-R600 have four cylinder engine .The differential is choose Drexler limited slip differential. According to the characteristics of the engine parameters, gear ratio and differential working principle ,that choose the right chain transmission ratio, calculation chain parameters, design the differential fixed bracket, reasonable arrangement of the drive system. Aimed at the transmission system components, use the ANSYS finite element analysis to check intensity of the parts, that optimize structure enables it to achieve light weight, high strength goal.KEY WORD：FSAE, Differential selection, Drexler limited slip differential, the ANSYS finite element analysis目录第一章大赛背景及发展现状 (1)§1.1 赛事背景 (1)§1.2 国外情况 (2)§1.3 国内情况 (2)第二章绪论 (4)§2.1 传动系统的组成 (4)§2.2 传动系统的功能实现 (4)§2.3 FSAE大学生方程式赛车传动系统的特点 (5)§2.4 中国大学生方程式汽车大赛（FSC）传动规则和要求 (6)§2.5 本次传动系统设计任务 (6)第三章赛车动力总成的选择与布置 (7)§3.1 整车参数与主要结构 (7)§3.2 赛车动力性计算 (9)§3.2.1 主减速比确定 (9)§3.2.2 赛车驱动力的计算 (10)§3.3 赛车动力性的验证与优化 (11)§3.3.1 拟合外特性曲线图 (11)§3.3.2 驱动力-行驶阻力平衡图 (12)§3.3.3 发动机功率-行驶阻力功率平衡图 (13)§3.3.4加速度特性曲线 (13)§3.3.5 动力因数图 (14)§3.4 传动方式确定 (14)第四章动力总成与车架的连接及与驱动轮的传动设计 (18)§4.1 差速器固定 (18)§4.2 车轮法兰设计 (20)§4.3 大小链轮的设计 (21)§4.3.1 链轮齿数1Z、和传动2Z比i的计算与确定 (21)§4.3.2齿数的选取原则 (21)§4.3.3 传动比的确定 (21)§4.3.4 链轮的计算与选取 (22)§4.4 差速器的设计与选择 (26)§4.4.1 差速器原理 (26)§4.4.2 差速器的分类 (27)§4.4.3 方程式赛车的差速器结构选择 (31)§4.4.4 差速器选用说明 (32)§4.5 万向节的选择 (32)§4.5.1 万向节的工作原理 (33)§4.5.2 等速万向节的分类 (33)§4.6 此次设计选用的万向节类型 (36)参考文献 (38)结束语 (38)第一章大赛背景及发展现状随着我国汽车工业的崛起，赛车文化日益蓬勃发展，同时为号召十二五时期党中央提出的科技强国口号，在这样一个背景下，2010年首届中国大学生方程式汽车大赛在上海国际赛车场隆重举办。
大学生方程式赛车车架设计与优化
技术创新31大学生方程式赛车车架设tt与优化◊常熟理工学院汽车工程学院冯弊张萌罗仕豪李彤王巍许晓怡对于大学生方程式赛车而言，赛车最终成绩评定的各项性能要求中，主要涉及重量和结构。
车架重量影响燃油经济性与动力性，结构影响其强度、可靠性及人机工程配合度，因此需要对方程式车架进行设计及优化。
随着有限元分析法的普及和计算机技术的迅猛发展，有限元分析法也广泛应用在赛车车架的设计中。
有限元技术可以贯穿在车架设计中，拓扑优化设计在设计初期阶段采用，优化材料布局，获得合理的结构方案。
这对于提高赛车的动力性、燃油经济性以及赛车的人机工程性都具有重要意义。
1引言Formula SAE比赛于1979^由美国车辆工程师协会(SAE)开创举办，参加比赛的大学生需要在一年内开发一辆排量为610cc以下的休闲赛车，该赛车同时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，比现有车辆更疑，更强大，更臨Formula SAE制h战本科生和研究生设计和制造微型方程赛车的能力。
它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。
2建模设计2.1车架的基本结构主环：它是位于驾驶员旁边或后面的滚动停止结构。
前环：一个滚动挡块位于驾驶员的脚上，靠近手柄。
防滚架：主环和前环防止侧翻。
防滚架斜撑支撑：用于从主环底部和前环支撑件拉出到主环和前环的结构。
侧边防撞区域：从座板表面到驾驶舱内框架的最低点为240mn逢320mm,车辆从前环到主环的侧面区域。
2.2车架类型的选择依据赛事规则要求，并通过査阅相关文献，总结出以下方案以供选择。
(1)单体壳一底盘结构由外部平板负载。
即车架与车身合为一体，车身就属于车架的一部分的结构。
毕业设计(论文)大学生方程式赛车设计(制动与行走系统设计)(含全套cad图纸)
大学生方程式赛车设计（制动与行走系统设计）摘要Formula SAE赛事1980年在美国举办第一次比赛，现在已经是为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。
中国大学生方程式赛车比赛的组织与开展始于2010年，至今已成功举办了三届。
本文主要阐述了在中国大学生方程式汽车大赛组委会制定的规则下，如何设计一辆Formula SAE 赛车的制动系统。
设计采用的是前盘后盘的液压双回路制动系方案。
它的工作原理是利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动趋势，亦即由制动踏板的踏板力通过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下流入轮缸，并通过轮缸活塞推使制动衬片夹紧制动盘产生摩擦力矩，从而产生制动力，使车轮减速直至停车。
由于赛车本身质量较小，很多地方不能按常规的设计方法进行设计，我主要采用了市场调研的方法，先选取一些类似的车型，依据它们的制动系统结合赛车的实际情况反复验证，通过极限算法计算出完全制动时制动盘的最小尺寸。
同时在极限工况下对几个危险截面的零件的强度进行了校核，使其满足要求。
同时利用UG软件进行了建模，以辅助后续工作的顺利进行。
关键词：Formula SAE，赛车，制动，校核FORMULA RACING BRAKE AND WALKINGSYSTEM DESIGNABSTRACTFormula-SAE launched in the USA in 1980, Formula-SAE is now an international competition for Society of Automotive Engineers student members to form teams for the purpose of designing, building and competing in a small high-performance race car.The article discusses how to design a Formula SAE car's braking system。
大学生方程式赛车设计(发动机匹配试算与装配设计)(有cad图+三维图)
大学生方程式赛车设计（发动机匹配试算与装配设计）摘要中国大学生方程式汽车大赛（简称中国FSAE）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。
各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。
本文具体研究大学生方程式赛车（FSAE）发动机系统的匹配试算和结构设计，通过了解发动机的性能参数、结构参数，运用发动机原理，汽车构造等所学的知识，根据大学生方程式赛车的比赛规则及网上查询资料，对发动机进行选择。
文章主要论述如何改进发动机的进排气及冷却系统，使发动机达到预想的状态，且符合大赛的规定。
对于进排气系统采用GT-Power、FLUNT等软件进行仿真计算设计，进排气系统的优化设计，采用四个分置的进气歧管，避免了各缸进排气时间不同造成的挣气现象，使得进排气更加顺畅，提高了进气效率，从而提升发动机的动力性能。
进气系统限流阀的应用使得赛车更加安全，同时也能让学生更加的主动去学习如何改进进气系统，做成两头锥的形状，使得进气无死角，又不会违背大赛规定。
应用流体力学设计谐振腔，使得进气尽量多。
关键词：方程式赛车（FSAE），发动机，匹配，进排气Design of FSAE(trial matching and assembly design of engine)ABSTRACTFormula SAE of China (hereinafter referred to as the "Chinese FSAE") is a study by the institutions of higher learning in vehicle engineering or relevant majors participate in automotive design and manufacture of the game.This paper studies college students formula (FSAE) matching calculation and structure design of engine system. by understanding the performance parameters, the structural parameters of the engine, using the principle of engine, automobile structure knowledge, According to the rules of the Formula SAE and search Information online to choose a engine . This paper mainly discusses how to improve the intake and exhaust and cooling system of engine, the engine to achieve the desired state, and in accordance with the competition rules. For the inlet and exhaust systems,use GT-Power FLUNT to simulation calculation. Optimization design of inlet and exhaust system,ues four intake manifold split,. avoid the phenomenon of each cylinder earn gas intake and exhaust is caused by the different time, the intake and exhaust more smoothly, improves the air intake efficiency, so as to enhance the power performance of the engine. The application of limited flow valve inlet system makes the car more secure, but also can make students more active go to study how to improve the intake system, made of two cone shape, so that the intake without blind angle, without violating the contest rules. Application of fluid mechanics designing resonant cavity, so that the intake as much as possible.KEY WORDS: Formula One racing (FSAE), engine, matching, The intake and exhaust.目录第一章大学生方程式赛车简介 (1)§1.1 赛事简介 (1)§1.2愿景与使命 (1)第二章发动机的匹配 (3)§2.1发动机的匹配 (3)§2.1.1匹配的定义 (3)§2.1.2发动机匹配的应用场合 (3)§2.2 发动机的机械匹配技术 (3)§2.2.1 发动机和变速器的选型和匹配 (3)§2.2.2 设计与分析 (4)§2.2.3 主要试验项目 (5)§2.3 发动机管理系统及其开发技术 (5)§2.3.1 发动机管理系统 (5)§2.3.2 发动机管理系统开发技术 (5)§2.4 发动机的标定技术 (6)§2.4.1 发动机标定 (6)§2.4.2 发动机标定软件 (6)§2.4.3 发动机标定设备 (6)§2.4.4 发动机标定试验 (7)§2.5 其它相关电气系统的开发 (7)§2.5.1车载网络系统的开发 (7)§2.5.2 电气线束系统的开发 (7)§2.6发动机的选购 (7)§2.6.1 赛车发动机的选择原则 (7)§2.6.2 以下是国内几款常用FSAE发动机的资料 (8)第三章发动机进排气系统的匹配 (14)§3.1 FSAE进排气系统和限流阀的关系 (14)§3.2 GT-Power介绍 (15)§3.3发动机的进排气管 (15)§3.3.1 进气管长度对发动机性能影响 (17)§3.3.2排气管长度对发动机性能影响 (17)§3.4 限流阀的作用意义 (17)§3.4.1 什么是进气限制器 (18)§3.4.2 进气限制器的作用 (18)§3.4.3 为什么要有进气限制器 (19)§3.4.4 进气限制器为什么要安装在节气门之后 (20)§3.5 谐振腔CAE分析方法 (20)§3.6 进排气歧管的设计 (21)§3.7进排气最终方案 (23)§3.7.1 进排气系统UG图 (23)§3.7.2进排气CAD图 (24)第四章冷却系统匹配 (26)§4.1 冷却系统的总体布置原则 (26)§4.1.1 提高进风系数 (26)§4.1.2提高冷却液循环中的散热能力 (26)§4.2 膨胀水箱的选择 (26)§4.3 水管的设计 (27)§4.4 防冻液的选择 (27)§4.5冷却系统的固定 (28)第五章润滑系统 (29)§5.1 润滑的意义 (29)§5.2 润滑的方式 (29)§5.3 润滑系统的组成及油路 (30)§5.4 曲轴箱通风装置 (30)§5.5 机油的功用 (31)§5.6 机油的使用特性及机油添加剂 (32)§5.7 机油的分类 (33)§5.8 机油泵 (34)§5.9 机油滤清器 (35)§5.10 冷却器 (36)第六章总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)附录 (40)第一章大学生方程式赛车简介§1.1 赛事简介中国大学生方程式汽车大赛（简称中国FSAE）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。
汽车车架拓扑优化设计的开题报告
汽车车架拓扑优化设计的开题报告
一、选题背景
车架作为汽车的支撑结构，其轻量化设计一直是汽车轻量化的重要方向。
通过优化车架设计，可以达到降低汽车总重量，提高燃油效率，提高安全性等效果。
拓扑优
化设计是一种应用广泛的设计手段，可通过材料分布的优化来实现轻量化设计，将不
必要的材料削减，在保持强度及其它性能的前提下，达到降低整体质量的目的。
二、选题目的
本文的目的是探究汽车车架的拓扑优化设计方法，通过对车架结构的拓扑结构进行优化，达到轻量化的目的。
同时，为了保证车架的强度和刚度等性能，还需要分析
不同材料的性能和适用范围。
三、选题内容和方法
1. 车架拓扑结构分析：选定一辆车作为研究对象，分析其车架结构，了解其材料、构造和功能等特点。
通过有限元分析和计算机模拟等技术手段，分析车架在不同情况
下的应力状态和变形情况，探讨其优化方向。
2. 车架材料选用与性能分析：介绍不同材料的特点及其在汽车轻量化领域的应用情况，分析材料强度、韧性、耐久性等性能指标。
通过相关试验数据，对不同材料在
车架设计中的优缺点进行综合评估。
3. 车架拓扑优化设计：在分析车架结构和材料性能的基础上，采用拓扑优化的方法优化车架结构，使其在保证强度和刚度等性能的前提下，最大限度地降低质量。
通
过CAD和CAE等软件，进行数值模拟和验证，确定最优化方案。
四、预期成果
通过本研究，设计出一种经过拓扑优化的轻量化汽车车架结构，提高汽车整车的燃油经济性和行驶性能，为节能减排做出贡献。
同时，将结合大量实验与数值模拟，
为汽车轻量化设计提供理论参考，推动汽车产业的可持续发展。
大学生方程式赛车转向节设计与优化
0引言大学生方程式赛车比赛由国际汽车工程师协会于1979年举办，面向在校本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛[1]。
该赛事针对提升大学生研发创新能力而开办，对学生知识运用、团队协作以及人际交流方面的能力都有极大的提升。
转向节是悬架系统的重要组成部分，是赛车底盘所有零部件中受力最复杂、工况最恶劣的零部件之一。
在实际行驶工况中，它不光要承受整车重量，还要承受赛车工况当中的路面冲击、制动力矩和转向力矩等载荷。
复杂和严苛的受力条件对其刚强度提出了较大考验，且由于转向节属于簧下质量，其轻量化对提高赛车操纵稳定性有重要影响[2]。
因此，转向节的合理设计与优化对于提高赛车性能，满足刚强度和轻量化要求有重要意义。
1转向节结构设计转向节作为连接悬架上下摆臂、制动卡钳和转向横拉杆的关键零部件，其结构设计需要满足赛车四轮定位参数、悬架结构形式、制动卡钳和转向横拉杆安装位置等诸多因素的要求。
本文研究的赛车悬架形式为不等长双横臂式独立悬架。
利用车辆动力学仿真软件ADAMS 对赛车悬架系统K&C 特性进行仿真调教和优化[3，4]，得到最优悬架硬点组合下的主销内倾角为7°，主销后倾角为3.6°。
确定转向横拉杆和制动卡钳安装位置后，建立转向节的三维模型如图1所示，其质量为712g 。
2转向节强度校核当赛车在进行高速过弯测试时，若速度过大将导致赛车冲出赛道，由于赛道外的路面不平整，因此会带来冲击载荷。
同时，车手将踩下制动踏板，因此会产生制动力。
这种包含冲击、制动和侧倾的极限工况对转向节强度提出了巨大考验。
为了保证转向节在任何情况下都有足够的强度，认为制动减速度和侧向加速度都达到最大值。
赛车轮胎能提供的最大制动减速度为1.4g ，车身结构能提供的最大侧向加速度为1.7g 。
由此计算得到转向节受到垂直地面的冲击载荷为3900N ，刹车座受力为2100N ，转向节臂受力为1500N [5]。
在该受力条件下，利用有限元技术计算得到转向节最大应力为395MPa （图2）。
FSC大学生方程式汽车悬架设计与研究
FSC大学生方程式赛车悬架设计与研究FSC大学生方程式汽车悬架设计与研究摘要悬架的系统设计与优化，是汽车总体设计中极其重要的一个环节。
本设计以北京理工大学珠海学院FSC车队2020年赛车悬架系统的结构设计为研究目标，主要进行了几个方面的研究工作。
本设计结合赛事规则要求，先确定设计思路，对轮距、轴距、前后悬架立柱等相关部件进行计算与设计，分析车轮定位参数对赛车性能的影响，在确定采用不等长双横臂式悬架结构后，选择弹性元件、减振器、导向机构与其他元件的类型，确保其符合赛车悬架设计的相关原则，并利用CATIA软件对其中重要元件进行三维建模设计，最后，基于ADAMS仿真平台，建立赛车悬架的运动学仿真模型，对其进行仿真分析，得到悬架参数模型后，对初选参数进行结果分析，并利用ADAMS对悬架参数进行优化。
关键词：大学生方程式赛车；悬架系统；结构设计；仿真优化Design and Study of Suspension for a FSC CarAbstractThe design and optimization of suspension system is an essential part of the overall design for a race car. This design takes the suspension system of FSC race car designed by the race team ,which is from Beijing institute of technology, Zhuhai, as the research objective. The the design mainly work in several aspects. This design was based on the competition rules of FSC. The calculation of the wheel track and spread of axles as well as the design of some related components including the front and rear suspension column have been conducted after a clear idea of the design had been made. The next step is the analysis of wheel alignment parameters in order to make out whether it affects the performance of the car. When unequal-length wishbone suspension is selected, the paper chose the type of flexible components, absorder, guide mechanism and other parts, and make sure it in the line with some basic principles. After that, we established 3D model with the help of the software of CATIA. Finally, based on the simulation platform of ADAMS, the kinematics simulation model of racing car suspension was established, and the simulation analysis was carried out. After the suspension parameter model was obtained, the results of primary parameters were used to analyze, and the suspension parameters were optimized by ADAMS.Keywords: FSC Race Car; Suspension system; Design of Structure;Simulate and Optimize目录1绪论 (1)1.1本设计的目的与意义 (1)1.2FSC大赛概况 (1)1.3国内外方程式赛车悬架的研究现状 (2)1.3.1国外研究现状 (2)1.3.2国内研究现状 (3)1.4设计研究的主要内容 (3)1.5本章小结 (4)2悬架系统设计 (5)2.1设计原理与思路 (5)2.2悬架形式的确定 (7)2.3相关部件的设计与选型 (8)2.3.1轮辋与轮胎的选型 (8)2.3.2车轮定位参数 (8)2.3.3 轴荷比、轴距与轮距的设计 (9)2.3.4 悬架导向机构的设计 (10)2.3.5 性能参数的计算 (11)2.3.6 前后悬架立柱的设计 (13)2.3.7 减震器的选型 (13)2.3.8悬架基本参数 (15)2.4章节小结 (16)3 悬架三维建模与装配 (17)3.1悬架零部件的三维建模 (17)3.2悬架的装配 (18)3.3章节小结 (19)4 ADAMS悬架建模与仿真 (20)4.1悬架动力学建模 (20)4.2悬架仿真 (21)4.3仿真结果分析 (23)4.4章节小结 (25)5硬点坐标的优化 (26)5.1仿真结果优化 (26)5.2优化前后结果分析 (28)5.3章节小结 (31)6 结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录 (35)附录1英文文献原文 (35)附录2中文翻译 (43)附录3前悬架左耳片CAD二维图 (49)附录4前悬架左立柱CAD二维图 (50)1绪论1.1本设计的目的与意义悬架，作为汽车连接车架与车桥的传力装置，是现代汽车上的重要总成之一。
大学生方程式赛车总布置设计及优化
大学生方程式赛车总布置设计及优化大学生方程式赛车总布置设计及优化一、引言方程式赛车是一项非常具有挑战性和刺激性的赛车运动，它要求赛车设计师们在有限的资源下，构建出高性能的赛车，以在赛场上取得优异的成绩。
本文将探讨大学生方程式赛车的总布置设计及优化策略。
二、总布置设计总布置设计是指整个方程式赛车的整体结构和各个系统的选择、位置等方面的设计。
设计师们首先需要确定动力系统（发动机、传动系统）、悬挂系统、底盘构架和车身的总体结构。
1. 动力系统动力系统是赛车的“心脏”，直接影响整车的性能表现。
大学生方程式赛车常常采用内燃机作为动力系统，选择适当的发动机并进行优化调校非常重要。
此外，传动系统的设计也需要考虑到合理的齿轮比、传动效率等因素。
2. 悬挂系统悬挂系统对于大学生方程式赛车的操控性和稳定性具有重要影响。
在总布置设计中，设计师们需要选择适当的悬挂类型（如双横臂悬挂、麦弗逊悬挂等）和悬挂参数（如减振器硬度、悬挂角度等），以满足赛车在高速弯道、减震等方面的要求。
3. 底盘构架底盘构架的设计需要考虑到赛车的刚性、轻量化和用材成本等因素。
设计师们可以采用碳纤维复合材料等轻量化材料，结合适当的构架形式（如单壳体、铝合金悬臂等）来实现平衡的设计。
4. 车身车身设计需要综合考虑空气动力学性能和安全性。
设计师们需要根据方程式赛车的要求，对车头、侧面和尾部的气流进行优化，以提高赛车的下压力和降低风阻系数。
此外，也需要合理设置车身的保护结构，以确保驾驶员的安全。
三、优化策略在进行总布置设计之后，设计师们需要通过一系列优化策略来改进赛车的性能。
以下是几种常见的优化策略：1. 材料优化通过优化材料的选择和使用，可以降低赛车的整体重量，提高强度和刚性。
如采用轻量化材料、优化材料厚度等手段来实现。
2. 空气动力学优化通过车身造型的改进和空气动力学模拟，可以提高赛车的下压力和降低风阻系数，提高赛车在高速行驶和弯道加速时的稳定性和性能。
大学生方程式赛车车架拓扑优化设计
大学生方程式赛车车架拓扑优化设计方程式赛车车架是赛车的重要组成部分，它需要承载驾驶员与各种总成的重量，以及来自赛道的全部力。
为了提高赛车的动力性与经济性，利用hypermesh 对车架进行拓扑优化设计，分析优化得出车架各种力的传递路径与材料的最佳分布，为车架设计指明方向。
标签：方程式赛车；拓扑优化；hypermesh引言方程式赛车车架是赛车的重要的组成部分，它需要承载驾驶员与各种总成的重量，以及来自赛道的全部力。
因此车架的强度、刚度直接决定整车的安全与性能。
根据往届大赛比赛成绩来看，排名靠前的车队都有性能优异、质量较轻的车架，这是因为车架占整车质量的比重较大，车架的性能直接影响整车动力性、经济性。
而赛车的各个组成部分大部分是直接选择成品，并没有多大设计空间，因此设计一个既轻又拥有较好力学性能的车架显得尤为重要。
文章基于连续体拓扑优化理论，利用hypermesh中的OptiStruct模块并结合FSC大赛规则以及赛车四种工况对车架进行拓扑优化，初步设计出赛车车架的雏形，为车架方案的优化与最终确定指明方向。
使得车架在符合大赛安全要求的前提下，获得更合理的结构、更轻的质量，从而获改善整车的经济性与动力性。
1 理论概述1.1 拓扑优化方法介绍拓扑优化包括变密度法、变厚度法、渐进结构优化法和水平集方法等[1]。
变密度法是根据均勾化方法得到的一种有效的结构优化方法，变密度法不引入微结构，而是赋予有限元单元0-1的假想密度，设计变量为假想密度，目标函数为结构柔顺性，之后设置材料弹性模量、泊松比等材料参数，将位移和载荷设置为约束条件对设计变量进行优化，并对有限单元的假设密度赋予一个阔值，随着迭代过程的进行，密度大于阔值的单元被保留，密度小于阔值的单元被删除，因而优化区域的体积不断减小，最后留下的区域便是最终的拓扑优化结果。
变密度法的数学模型为：1.2 拓扑优化流程拓扑优化设计流程如图1所示。
2 拓扑优化2.1 模型建立根据FSC大赛规则，参赛大学生方程式赛车车架必须包含：（1）主环、（2）前环、（3）防滚架斜撑、（4）侧边防撞结构前隔板、（5）前隔板、（6）前隔板支撑系统等结构[2]。