基于ANSYS的FSAE赛车车架的有限元分析
基于ANSYS Workbench的FSAE赛车车架有限元分析
10.16638/ki.1671-7988.2018.18.029基于ANSYSWorkbench的FSAE赛车车架有限元分析陈浩杰，张诗博，陈雪飞（南昌大学，江西南昌330031）摘要：文章通过对南昌大学电动方程式赛车队第二代赛车车架存在问题的分析，对第三代车架进行结构和材料上的改进以及创新。
利用CATIA软件对车架进行设计和建模，并使用ANSYS WORKBENCH对车架进行刚度的计算、模态分析以及各工况强度校核。
校核结果表明，改进后的第三代车架减轻了质量，刚度和强度均在合理范围以内，并且其固有频率很好地避开了由地面和电动机激励的频率。
关键词：FSAE；车架；有限元分析；刚度计算；模态分析；强度校核中图分类号：U463.83+8 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)18-82-05Finite Element Analysis of FSAE Racing Car Frame Based on ANSYS WorkbenchChen Haojie, Zhang Shibo, Chen Xuefei( Nanchang University, Jiangxi Nanchang 330031 )Abstract:Based on the analysis of the problems of the second generation racing car frame of the electric racing team of Nanchang University, this paper improves and innovates the structure and material of the third generation car frame. The frame is designed and modeled by CA TIA, and ANSYS WORKBENCH is used to calculate the rigidity of the frame, do model analysis and check the intensity of various working conditions. The check results show that the third generation of the improved frame has reduced the quality, the rigidity and the intensity are within a reasonable range, and its natural frequency has avoided the frequency excited by the ground and the motor.Keywords: FSAE; Frame; Finite Element Analysis; Stiffness Calculation; Modal Analysis; Strength checkingCLC NO.: U463.83+8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)18-82-05引言中国FSAE（Formula SAE of China）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。
基于ANSYS的车架有限元模态分析
14110.16638/ki.1671-7988.2019.10.048基于ANSYS 的车架有限元模态分析任锦涛，李建军，杜明轩（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）摘 要：文章针对CTX BJ1151VPFG-S 车型，在ANSYS 仿真平台下对车架系统参数进行了整体设计，并完成了有限元静力学分析和模态分析，确保车架的总成性能与匹配性。
关键词：ANSYS 仿真；静力学分析；模态分析中图分类号：U463.32 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)10-141-03Finite Element Modal Analysis Of Frame Based On ANSYSRen Jintao, Li Jianjun, Du Mingxuan( Chang ’an University Automobile School, Shaanxi Xi ’an 710064 )Abstract: The article selects the Olympus CTX BJ1151VKPFG-S model, and designs the frame system parameters under the ANSYS simulation platform for the frame system of the whole vehicle, and completes the finite element static analysis and modal analysis to ensure the frame for assembly performance and matching. Keywords: ANSYS simulation; static analysis; modal analysisCLC NO.: U463.32 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)10-141-03前言车架作为汽车的承载部分，其结构的强度和刚度应满足具体的使用要求[1]。
基于ANSYS的FSEC赛车车架分析
汽车工业研究·季刊2020年第4期基于ANSYS 的FSEC 赛车车架分析▶◀……………………………………………………………………………王耀杰要志斌郭永瑞李思彤引言E35是由万里车队自主研发的第一代FSEC （中国大学生电动方程式大赛）赛车。
车架是赛车的机体，其支撑并连接赛车各总成，使各总成保持相对位置，并承受赛车内外的各种载荷。
根据方程式大赛规则，车架有单体壳和钢管桁架结构两种方式，综合考虑其加工成本及加工难度，本车架使用钢管桁架结构。
在设计车架后运用ANSYS 有限元软件对其进行分析，以满足赛事要求并顺利参加比赛。
车架材料选择钢管桁架结构车架通常采用薄壁圆管或矩形管焊接而成。
根据方程式大赛规则，可以选择圆管或矩形管作为材料。
而圆管的坡口处理相较于矩形管来说较为简单，焊缝成型更好一些。
所以选用25.4×2.4、25.4×1.65、25.4×1.2的薄壁圆管规格，同时根据市场调研，决定弯管部分采用25.4×2.4的4130钢管，直管部分采用25.4×1.65及25.4×1.2的高强度BR1500钢管作为车架材料。
车架有限元模型建立依据方程式大赛规则在CATIA 中进行车架的建模，在规则的允许范围内设计出科学合理的能够承载赛车所有部件并符合人机工程的车架如图1。
将CATIA 中的车架模型导入AN⁃SYS 中，并在车架上添加受力点（用于分析过程中集中力的加载），如图2所示，受力点主要是各个总成系统吊耳与车架的连接点。
网格划分本车架采用扫掠划分与四面体网格划分相结合的形式。
由于车架均为薄壁圆管结构。
在建模过程中使用扫掠命令来建模。
在网格划分过程中，对应使用“sweep ”命令来划分网格。
在CATIA 处理坡口的过程中破坏了部分管件的扫掠命令，为避免坡口对接时造成管件的网格质量不佳，部分管件采用四面体网格划分，如图3所示，为座椅后安装杆与侧边防撞杆连接处的网格划分情况。
基于ANSYS的FSC赛车车架有限元分析
基于ANSYS的FSC赛车车架有限元分析【摘要】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相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛[1]。
对于非承载式车身的赛车，车架承载着赛车整个车体，车架的结构强度很大程度上影响着整车的安全性、动力性、舒适性、操纵稳定性等多种综合性能。
本文对FSC赛车车架进行典型工况下的强度和刚度校核，确定其固有频率及稳定性，并进行疲劳分析，得出车架应力应变结果，为结构的改进提供合理化建议。
【关键词】FSC;ANSYS/Workbench;车架;分析1 车架有限元模型建立1.1三维模型导入及网格划分本文FSC赛车车架采用桁架式结构，在Catia中完成三维模型建立，将其转化成IGS文件导入到ANSYS Workbench中，车架选用4130合金钢，弹性模量为2.11E11Pa，泊松比为0.279，密度为7850 kg·m-3，屈服强度为785MPa，强度极限930MPa。
文中将车架的CATIA模型导入到ANSYS Workbench中，进行模型简化处理[2]。
网格划分是有限元分析前处理中的关键步骤，对后面分析的结果有重要影响。
在进行网格划分时，本文对一些主要的受力部位进行网格细化，取1mm的网格大小，对一些非重要受力部位统一采用10mm的网格大小来进行划分，在保证分析精确度的同时还可以提高整个网格分析的效率。
划分结果为分成7809个节点，4423个单元[3]。
2车架工况分析2.1弯曲工况分析：弯曲工况是指赛车在满载状态下匀速行驶的状况。
计算弯曲工况时，由于车辆行驶的动态效应，车架承受的实际载荷需乘上一个动载因数，一般为 2.0-2.5，本文取 2.5，车架静态工况加载方式为：重力场加载800N;座舱底杆集中载荷1875N;发动机固定杆集中载荷2000N;差速器支撑杆集中载荷300N。
在分析中忽略对整车分析影响较小的零件，重力加速度取10m/s?[4]。
基于ANSYS的车架有限元分析
摘要汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要内容。
在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车内、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。
本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。
同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。
关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析AbstractThe automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (3)1.5 本文的主要研究内容 (4)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (5)2.1 有限元法简介 (5)2.2 CATIA软件简介 (8)2.3 车架几何模型建立 (10)2.3.1车架几何模型简化 (10)2.3.2 车架几何模型建立 (10)2.4 车架有限元模型建立 (13)2.4.1 网格划分前处理 (13)2.4.2 车架有限元网格的划分 (14)3 车架有限元静态分析 (18)3.1 汽车车架刚度理论 (18)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (18)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (18)3.2 车架载荷分类与处理 (19)3.2.1 静载荷 (19)3.2.2 动载荷 (19)3.3 车架工况的有限元分析 (19)3.3.1 满载弯曲工况 (20)3.3.2 满载扭转工况 (22)3.3.3 紧急制动工况 (24)3.3.4 紧急转弯工况 (25)4 车架有限元模态分析 (28)4.1 模态分析简介 (28)4.2 模态分析基本理论 (28)4.3 车架的模态分析 (29)4.4 车架模态分析结果评价 (35)结论 (38)致谢 (41)参考文献 (42)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。
基于ANSYSWorkbench的FSAE车架有限元分析
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ３ １ ４ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ０ ４ ． ０ ０ ６
基于 Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ的 Ｆ Ｓ Ａ Ｅ车架有限元分析
刁秀永 ， 鲁植雄 ， 钟文军 ， 谢 鹏
［ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｋ ｉ ｎ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍ ｅ ｗ ａ ｓ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ
ห้องสมุดไป่ตู้
［ Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ 】 Ｆ Ｓ Ａ Ｅ； ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ； ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ｌ ａ ｙ ｓ ｉ ｓ ； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ／ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ
０ 引言
车架 是 赛 车各 大总 成 的载体 ，是 重要 的受 力
Ｆｉ ｎｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎｔ Ａｎａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ＦＳＡＥ Ｒａ ｃ ｉ ｎｇ Ｃａ ｒ Ｆｒ ａ ｍｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａｎ ｓ ｙ ｓ ／Ｗ ｏ ｒ ｋｂ ｅ ｎｃ ｈ
Ｄ ｉ ａ ｏ Ｘ ｉ ｕ ｙ ｏ ｎ ｇ ， Ｌ ｕ Ｚ ｈ ｉ ｘ ｉ ｏ ｎ ｇ ， Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ Ｗｅ ｎ ｊ ｕ ｎ ， Ｘ ｉ ｅ Ｐ ｅ ｎ ｇ
Ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｅ Ｃ ＡＤ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｗａ ｓ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｂ ｙ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｌ ｏ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ＣＡ Ｔ Ｉ Ａ， ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｂ ｙ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ＡＮＳ ＹＳ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ， ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｉ ｔ ｓ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ．
基于ANSYS的车架有限元分析
基于ANSYS的车架有限元分析
引言
车架是一种重要的构件，它用来支撑一辆车，它们必须具备足够的韧
性和刚度，以确保车辆的安全性。
因此，在考虑车架设计的时候，必须利
用先进的数值模型对车架进行有限元分析，以确保车架的性能和可靠性。
为此，本文将使用ANSYS有限元分析软件对型车架进行有限元分析，并从
分析结果中了解车架的性能和可靠性。
1、模型建立
使用ANSYS有限元分析模型的建立首先需要确定车架的几何尺寸参数，然后将其输入到ANSYS中，车架结构可在ANSYS中以2D或3D视图建模。
在建立了车架结构的几何模型后，需要将物理属性（如模态、力学和热力等）对应地赋予车架结构。
在建立了车架结构模型后，就可以进行有限元分析了，如支撑车架的
车轮的受力分析，悬架系统的反力分析，车辆车架动态分析等。
利用ANSYS有限元分析可以模拟并计算车架结构在多种复杂工况下的振动特性，从而获取车架的实际性能。
3、有限元结果分析
使用ANSYS有限元分析可以实现对车架结构的力学、模态和热特性的
仿真建模与分析，利用它可以快速准确地研究车架结构的强度和稳定性。
基于ANSYS的FSAE赛车车架有限元分析
第 ４期 ２ ０ １ ３年 ７月
基于 Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ的 Ｆ Ｓ Ａ Ｅ赛 车 车 架有 限元分 析
郭 潇 然 ，胡新 ， 何 海 浪
（ 长安 大 学 汽车 学院 ， 陕 西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ４ ）
摘要： 车 架 是 赛 车 的 重要 组 成部 分 ， 它 不仅 是 各 部 件 的 安 装载 体 ， 更是 车手的保护 装置 ， 因 而 车 架 的 强度 、 刚度 和 动 态特 性 设 计 是 赛 车 总 体 设 计 中 非 常 重 要 的 一 部 分 。 文 中使 用 ＡＮＳ Ｙ Ｓ对
（ ｂ ） 赋 予 不 同 截 面属性
图 １ 车 架 建 模
运用 ＡＤ ＡＭＳ建立整 车 模 型 ， 模 拟 得 出静 止状 态下 车架与悬 架相 连接硬 点 的受力 。对车架 与悬架
元 划分 ｌ Ｏ个 节点 ， 集 中受力 的单 元再 次进行 网格细 分， 以保 证 网格 的质 量 。
薄， 钢管 同时承 受轴 向载 荷 和弯 矩 ， 综 合 上述 情 况 ，
采用 Ｂ ｅ ａ ｍ １ ８ ８单 元 建 立 车架 有 限元 模 型 ， 对不 同 规 格 的管 材赋予 不 同的截面 形状 （ 如 图 １所示 ） 。网 格 划分采 取尺 寸控制 策 略 ， 为 了减 少计 算量 ， 每个单
公
路＆
Ａ
车 架 的主要 作 用 是 与汽 车 其 他部 件 协 调 ， 为其 他部件 （ 如悬 架 、 发 动机 、 座椅 、 踏板 、 传动装 置等 ） 提
供安装 位置 ， 并 承受 所有 部件传 来 的力 ， 使 汽车 的各
尺 寸或增加 加强肋 等 以降低 最 大 应 力 ， 同 时对 应力
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基于ANSYS的FSAE赛车车架的有限元分析在FSAE（Formula Society of Automotive Engineers）赛车设计中，车架是整个赛车的重要组成部分，其设计与性能至关重要。
有限元分析是
一种常用的方法，用于评估车架的结构强度和刚度，并优化设计以满足性
能要求。
在进行FSAE赛车车架的有限元分析之前，首先需要创建车架的几何
模型。
可以利用CAD软件进行车架的三维建模，确保车架的尺寸和形状准
确无误。
几何模型创建完成后，可以导入ANSYS软件中进行有限元分析。
有限元分析的过程中，需要将车架离散成有限的小单元，如梁单元或
壳单元，以便进行模拟。
在确定离散单元后，可以设置车架材料的力学性能，如弹性模量、材料屈服强度等。
这些参数对于后续的分析结果非常重要。
有限元分析中，常用的载荷包括静载荷和动载荷。
静载荷是指车架受
到的稳定力量，如重力和离心力。
动载荷是指车架在运动过程中所受到的
力量，如加速度、转弯力等。
通过分析这些载荷，可以评估车架在不同工
况下的应力和位移。
在有限元分析中，有几个常用的分析方法。
首先是静力学分析，用于
评估车架在静定力平衡下的应力和变形。
可以通过分析车架的应力云图，
了解在不同载荷下车架的应力集中区域。
其次是模态分析，用于评估车架
在振动中的固有频率和模态形态。
这对于避免共振和优化车架的动态性能
非常重要。
最后是疲劳分析，用于评估车架在长时间运行下的疲劳寿命和
耐久性。
这对于确保车架在极端运行条件下的安全性非常重要。
通过有限元分析，可以得到车架的应力、位移、变形等结果。
根据这些结果，可以对车架进行优化设计，以提高其结构强度和刚度。
优化设计的方法包括增加材料的厚度和强度，改变车架的结构形式等。
此外，还可以通过有限元分析，评估不同配置和材料对车架性能的影响，以选择最佳的设计方案。
总之，基于ANSYS的有限元分析是FSAE赛车车架设计的重要工具。
通过分析车架的结构强度和刚度，可以优化设计，提高赛车的性能。
有限元分析不仅可以用于静态强度分析，还可以评估车架的动力学性能和疲劳寿命，从而确保赛车的安全性和可靠性。