FSC赛车双横臂悬架受力与有限元分析
由有限元分析结果可以得出,杆件最大应力为 3 6 .4 7 8 MPa,碳纤维管材料的抗拉强度为 2 400 MPa,安全系 为 6 5 .8 ,远大于一般机械设计的安全系数 1 .5 ~2 .5 ,所以符合要求。
6 结束语
本文以参加中国大学生方程式汽车大赛的赛车悬架为研究对象,运用 Matlab 软件对双横臂悬架杆件进 行 受 力 分 析 ,分 析 结 果 表 明 ,双 横 臂 悬 架 杆 件 受 力 情 况 ,明 显 优 于 传 统 繁 琐 的 计 算 方 法 ,提 高 了 工 作 效 率 。 同 时,通过使用 Workbench 软件对杆件进行有限元分析,得出了较高的安全系数,在没有实验设备的情况下确 保了杆件的安全使用,为 FSC 赛车的 开 发 研 究 节 约 了 实 验 成 本。该 研 究 为 FSC 赛 车 悬 架 安 全 性 能 和 不 同 类型悬架受力分析系统的开发提供参考依据。但该程序还存在悬架分析类型的 局 限 性,在 以 后 的 研 究 中 将 进行改进。
由于悬架杆件只受拉力或者压力,由悬架模型图可知 FUCA ,F LCA ,F PR 对应的 3 根杆件初始分 别 为 压 力、 压力、拉力作用,得出的结果中 F LCA 为负值,则对应的杆件受到拉力作用。
5 有限元分析
在 Matlab 软件中计算悬架杆件受到的拉力或压力, 由于悬架杆件是采用 同 种 材 料(碳 纤 维 管 材 料),由 分 析 可 知 ,悬 架 杆 件 不 会 出 现 失 稳 失 效 情 况 ,只 需 对 某 个 杆 件 进行强度分析。在 Solidworks 软件中,建立上 A 臂管件 模型,利用 Solidworks 软 件 与 Workbench 软 件 的 接 口, 将文 件 另 存 为 Parasolid 实 体 格 式 文 件 导 入 到 Workbench 软件中,进 行 有 限 元 强 度 分 析。 对 杆 件 网 格 划 分 如图 6 所示。
ï
图 3 简化的悬架平面力系模型
∑ îï0 = M =F yL 1 + F LCA cos ∠ 1L 2 - F zL 4 + F LCA sin ∠ 1L 3 - F PR cos ∠2L 5 tan ∠3 + F PR sin ∠2L 5
式中,FUCA 为上 A 臂杆件受到的压力;F LCA 为下 A 臂杆件受到的压力;F PR 拉杆受到的拉力。将以上等式组
FSC 赛车双横臂悬架受力与有限元分析
邹玉东,张铁柱,赵 红,王鹏飞,徐 鹏
(青岛大学机电工程学院,山东 青岛 2 6 6 0 7 1 )
摘要:针对 FSC 赛车双 横 臂 悬 架 各 杆 件 受 力 情 况 传 统 计 算 方 法 的 繁 琐 问 题,本 文 采 用
Matlab 软件对悬架各杆件受力情况 进 行 研 究,建 立 悬 架 的 力 学 模 型,并 使 用 解 析 法 对 模
收稿日期:2 0 1 2 1 2 1 8 作者简介:邹玉东(1 9 8 8 ),男,硕士研究生,主要研究方向为车辆新型动力及其传动技术。 通讯作者:张铁柱(1 9 6 0 ),男,教授,博士生导师。Email:qdzhangtz@ 1 6 3 .com
12
青 岛 大 学 学 报 (工 程 技 术 版 )
由 于 左 右 弯 道 情 况 相 同 ,本 文 以 右 弯 道 为 例 ,即
F z1l
=F s1y
h1 B1
+
G1 2
,F
z 1r
=G21
- Fs1y
h B
1 1
,F
z2l
=F s2y
h2 B2
+
G2 2
,F
z 2r
=G22
- F s2y
h2 B2
式中,h 1 和 h 2 分别为前后悬架侧倾中心高度;G 1 和 G 2 分别为前、后轴荷;B 1 和 B 2 分别为前、后轮距;s 为过
大 赛车的安全系数,单个车轮受力 F z =1 2 6 3 .2 N ,F y = 1 6 3 6 .3 5 N ,输 入 到 程 序 中,点 击 开 始 计 算 按 钮 ,在 计 算 结 果 栏 中 显 示 相 应 的 结 果 ,如
图 5 计算结果
图 5 所示。由图形界面中很容易得出 FUCA ,F LCA ,F PR 三个未知变量的计算结果为 FUCA = 3 1 6 1 .6 5 ,F PR = 1 5 7 7 .46 ,FLCA = -2 7 6 1 .2 1
第 28 卷
பைடு நூலகம்
抱 死 (不 论 是 同 时 抱 死 或 分 别 前 后 抱 死 ),此 时 ,地 面 作
用于前后轮的法向力 F z1 ,F z2 分别为
ìïïF z1
=
G L
(b +φhg
)
í
îïïF z2
=
G L
(a
-φhg
)
式 中,a ,b 为前后轴离质心的距离;L 为轴距;h g 为质心
高度;φ 为路面附着系数。则有 F z 1lb =F z 1rb =F z 1/2 ,F z2lb =F z2rb =F z2/2
sin ∠ 1 ùú éêFUCA ùú - cos ∠1 ú êF PR ú - L 3 sin ∠ 1 ûúú ëêêF LCA ûúú
4 Matlab 软件编程
Matlab 主要面对科学计算、可 视 化 以 及 交
互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分
析 、矩 阵 计 算 、科 学 数 据 可 视 化 以 及 非 线 性 动 态
在 Matlab GUI 功能下进行编程。其中,输 入变量 中 的 参 数 为 设 计 的 已 知 参 数,点 击 前 悬
图 4 读取相应悬架投影模型
架读取相应悬架投影模型可知输入变量如图 4
所示。
已 知 a =9 00 m m,b =7 5 0 m m 为前后轴离 质心的距离,L 为轴距,h g = 2 7 0 m m 为 质 心 高 度,G =3 000 N,φ=0 .8 5 ,F sy =ma =6 000 N, F s1y = 2 7 2 7 .3 N,F s2y = 3 2 7 2 .7 N,h 1 = 5 0 .9 9 m m ,h 2 = 8 1 .2 5 m m 分 别 为 前 后 悬 架 侧 倾 中 心高度,G 1 、G 2 分别为前 后 轴 荷,B 1 、B 2 分 别 为 前后轮距。 由 以 上 分 析 并 计 算 得 出 结 果,为 增
图 6 杆件网格划分
14
青 岛 大 学 学 报 (工 程 技 术 版 )
第 28 卷
在杆件两端端面上施加相反方向的压力 3 1 6 1 .1 5 N(由 Matlab 程序计算得出数值),进行有限元分析, 得出杆件的等效应力如图 7 所示,以及杆件的位移变化如图 8 所示。
图 7 等效应力云图
图 8 位移变化
的 繁 琐 ,为 双 横 臂 悬 架 杆 件 的 有 限 元 分 析 做 好 充 足 准 备 ,具 有 较 高 的 应 用 价 值 。
关 键 词 :双 横 臂 悬 架 ;解 析 法 ;Ma t l a b ;有 限 元 分 析
中图分类号:U4 6 1 .1
文 献 标 识 码 :A
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,2 00 9 年 1 0 月正式启动,其目的是通过全方位考核,提高学生们的设计、制 造、 成 本 控 制 、商 业 营 销 、沟 通 与 协 调 等 综 合 能 力 ,全 面 提 升 了 汽 车 专 业 学 生 的 综 合 素 质 ,为 国 内 优 秀 汽 车 人 才 的 培 养 和 选 拔 搭 建 公 共 平 台 ,对 中 国 汽 车 产 业 的 持 续 发 展 具 有 十 分 重 要 的 战 略 意 义 。 近 年 来 ,双 横 臂 悬 架 广 泛 用 于 赛 车 ,因 为 其 容 易 获 得 强 度 较 高 的 结 构 ,同 时 通 过 横 臂 长 度 、横 臂 平 面 角 度 、上 下 横 臂 相 互 距 离 以 及 相 对 位置和角度的调整,可以调整出不同的 轮 胎 运 动 轨 迹 参 数,但 是 前 人 的 研 究 主 要 侧 重 双 横 臂 悬 架 的 运 动 分 析,而忽略了悬架杆件的安全性分析[1 4]。因此,本文以参 加 中 国 大 学 生 方 程 式 汽 车 大 赛[5]的 赛 车 悬 架 为 研 究对象,运用 Matlab 软件对双横臂悬架杆件进行受力分析,并结合 Workbench 的有限元分析保证悬架的强 度 ,软 件 分 析 结 果 表 明 ,其 较 高 的 安 全 系 数 足 以 确 保 赛 车 的 安 全 性 能 。
型进行受力分析,同时在 Solidworks 软件中,建立管件 模 型 并 导 入 Workbench 软 件 中 进
行有限元强度分析,分析结果表明,杆件最大应力为 3 6 .4 7 8 MPa,远小于碳纤维管材料的
抗拉强度。该设计能快速准确的计算出悬架 各 杆 件 的 受 力 情 况,较 好 地 解 决 了 传 统 计 算
弯状态;y 为垂直于汽车的行驶方向。
3 用解析法分析悬架杆件受力
在 分 析 了 两 种 工 况 下 悬 架 的 受 力 情 况 后 ,建 立 力 系 的 平 衡 ,求
解悬架杆件受力。力系的 平 衡 是 静 力 学 的 核 心 内 容,将 悬 架
进行力系简化,简化的悬架平面力系模型如图 3 所示,由图 3 可以得到力系的平衡条件和相应的平衡方程。平面力系各力
在任意正交轴上投影的 代 数 和 等 于 零,对 任 一 点 力 距 的 代 数 和 也 等 于 零 [7 ],则 得 相 应 的 方 程 为
∑ ìï0 = F z =F z - FUCA sin ∠3 + F PR sin ∠2 - F LCA sin ∠ 1
FSC赛车车架的有限元分析
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ —０ １—２ ５
作者简介 ： 施长政（ １ ９ ８ ８一 ） ， 男， 硕 士研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 现代 设 计 方 法 与 制 造技 术 。 通讯作者 ： 师忠秀（ １ ９ ５ ７一 ） ， 男， 教授， 硕导 ， 主要 研 究 方 向 为现 代 设 计 方 法 与 制 造 技术 。Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ｓ ｈ ｉ ｘ ｚ ｙ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
１ 车架 力学分 析 的重 要性
车 架除 了协调悬 架 、 发动机 、 传动 总成等 部件 ， 同 时承受 着所有部 件传 递 的力和力 矩 ， 巧妙 合理 的空 间桁
架 式车 架结构 ， 不仅 能增 加强度 ， 同时也能减 轻质 量 ， 在 没有 实验成本 的条 件下 判断车 架 的强 度 ， 需 要进行 有 限元分 析来 获得分 析结果 ， 从而 保证 车架 的强度 。同 时 ， 车 架 的模 态分 析 ３ ］ 也很 重 要 ， 模 态 分 析结 果不 仅 反
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ６ —９ ７ ９ ８ （ ２ Ｏ ｌ ３ ） Ｏ ２ —０ ０ ０ ６一Ｏ ５
Ｆ Ｓ Ｃ赛 车 车架 的 有限 元 分 析
施 长 政 ，师 忠秀 ，柳 威 ，王甜 甜
（ 青 岛大 学机 电工程 学院 ，山 东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ） 摘要 ： 为 确保 Ｆ Ｓ Ｃ赛 车 的安全性 能 ， 本 文 以车架 结构 为研 究对 象 ， 建立 车 架有 限元 模 型 ，
架结 构为研 究对 象 ， 建 立车架 有 限元模 型 ， 并采 用 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ软 件对 车架进 行有 限元计算 分 析 ， 分 析结 果表
FSAE赛车悬架系统设计
三.弹性元件和减振器的选择与计算
弹性元件： 而其配套的弹簧可供选用的分别有：300LBS/in、350LBS/in、 400LBS/in、450LBS/in刚度。经过计算，我们选择前弹簧刚 度为350LBS/in。 减振器： 经过计算与分析，最终确定本辆赛车选用直径D=20mm的充 气式减振器，这种减振器的优点是在不利于车辆连续行驶的 路面上行驶时，能够体现出更加优良的阻尼力，是有着十分 出色的工作的持续性和高速特性。
单片吊耳
整体式吊耳
减震器吊耳
摇臂吊耳
四.车轮定位参数的确定和优化
1. 车轮外倾角 由于赛车经常需要快速转弯，希望能够最好的发挥轮胎性能，使其在转弯 的过程中，最大的提供侧向力，所以赛车设计常把它设置为负角度，从而 最大程度利用轮胎的附着能力，并且希望随轮跳变化尽量小。在常见的车 轮跳动范围内，其变化量一般控制在1°以内。
e1 ——前悬架纵倾中心到地面的高度(mm)；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
抗驱动后仰角 抗驱动后仰角可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前轮驱 动汽车车头的抬高量。与抗制动前俯角不同的是，只有当汽车为单桥驱动 时，该性能才起作用。对于独立悬架而言，当纵倾中心位置高于驱动桥车 轮中心时，这一性能方可实现。 考虑到车架的加工问题，若上下横臂轴轴线不平行，车架加工难度会非常 大，所以本次设计将上下横臂轴轴线设计成都和地面平行，即纵倾中心在 无限远处。
推杆使不等长双横臂独立悬架
FSAE 赛事规则要求轮辋最小直径为203.2,mm, （8 英寸）， 轮辋空间的大小直接影响着立柱的设计，而立柱的大小有决 定着上下横臂的距离，如图，为CATIA中建立的8英寸的轮辋 模型。
基于ADAMS／CAR的FSC赛车悬架仿真与分析
基于ADAMS／CAR的FSC赛车悬架仿真与分析摘要本文在多体系统动力学相关理论的基础上，运用笛卡尔方法建模的有关知识，主要采用ADAMS/CAR建立FSC赛车悬架的动力学仿真模型，然后将该仿真模型与其他子系统一起组装形成虚拟样机，并与试验台连接进行仿真分析，然后分析车轮定位参数随车轮跳动量的变化情况，以车轮定位参数的变化量反映悬架的运动学性能。
这些为FSC赛车悬架的设计制造提供了可观的依据，为赛车悬架的性能优化指明了一定的方向。
关键词多体系统动力学；FSC；悬架；仿真模型；车轮定位参数本文运用多体系统动力学相关理论，采用ADAMS/CAR建立FSC赛车前后悬架的动力学仿真模型，然后调用其他子系统与前后悬架仿真模型共同组装成虚拟样车即整车动力学模型进行仿真分析，以车轮定位参数随车轮跳动量的变化情况反映悬架的运动学性能，并提出车轮定位参数的改进意见，为今后FSC赛车悬架仿真模型的建立积累了经验，并为整车模型的进一步优化奠定了基础。
一、多体系统动力学基本理论多体系统是指由多个物体通过运动副连接的复杂机械系统。
任何一个复杂的机械系统进行动力学分析和计算时，首要的任务就是将这个系统进行合理的简化，建立一个由多个刚体（或刚柔体）组成的系统替代模型。
大部分常规的机械系统都可以描述成刚体和柔性多体系统模型。
目前在机械领域所采用的建模方法主要是20世纪80年代Chace和Haug提出的笛卡尔方法，而Garcia和Bayo于1994在笛卡尔方法的基础上又提出了完全笛卡尔方法。
目前国际上最著名的两个动力学分析商业软件ADAMS和DADS都是采用笛卡尔方法建模。
机械领域形成的笛卡尔方法是一种绝对坐标方法，以系统中每一个物体为单元，建立固结在刚体上的坐标系，刚体的位置相对于一个公共参考基进行定义，其位置坐标（也可称为广义坐标）统一为刚体坐标系基点的笛卡尔坐标与坐标系的方位坐标，方位坐标可以选用欧拉角或欧拉参数。
单个物体位置坐标在二维系统中为3个，三维系统中为6个（如果采用欧拉参数为7个）。
基于matlab的FSC赛车悬架受力分析
为
３ ． ４ Ｆ Ｓ Ｃ赛 车在 过弯工 况 赛车 以某 一侧 向加 速度下 过 弯时 ， 作用 在车 身上 的离 心 力
，
按其质心所在位置分配到前 后悬架有 ：
＝
２ 悬架系统的数学模型
悬 架 系 统 的 力学 分 析 属 于 多 体 系 统 动 力学 ， 多体 系 统 动 力 学 的基 本 方 法是 ： 首 先 对 一 个 由不 同 质 量 和 几 何 尺 寸 组 成 的 系 统 施 加 一 些不 同 类 型 的 连 接 原 件 ， 从 而 建 立 起 一 个 具 有 合 适 自 由度 的 模型 ； 然后 软 件 会 自动 产 生 相应 的时 域 非 线性 方程 ， 并 在给 定 方 程
式中ａ 为 赛 车 的 最 大加 速 度（ 约 为０ ． ５ ｇ ） 。 则 有 前 后 单 个 车 轮
的受 力分 别 为 ＝ ，＝ 。 ，／２， 。 ＝ ： ，＝ 。／２。
悬架 模 型 图 如 图 ｌ 所示 ， 其 中 拉杆 所受的 力。
பைடு நூலகம்
为 上Ａ臂 ；
为 下 Ａ臂 ；
动， 当车 轮 经 过 凹 凸不 平 路 面时 ， 车 轮 上 下跳 动 ， 带 动拉 杆 运 动 ， 拉
杆 将运 动 传 递 给 摇 臂 ， 摇 臂 转 动 压 缩 减震 器 ， 从 而 起到 缓 冲 减 震 的
作用 。
力 Ｆ ｎ＝ａ （ ｂ— ａ ０ ｈ ７ ｇ ７ Ｌ Ｆ ｚ ２＝ Ｇ ｔ ａ＋ ａ ｏ ｈ Ｒ／ｇ ７ Ｌ
相等的 ， 以赛车 前 悬架为例 ， 受 力分析 可得前 轴左右 轮在 转向时所 受
的地面 垂直反 作用力 ： 式 中 ． ， ，
用 力 。且 有 △
双横臂扭杆悬架受力分析及刚度计算
α角为力 P 与垂直线的夹角即 ∠EGA d , 如图 1 所示 。 直线 A u D u 的方程为
z - zD u y - yD u zD u - zA u yD u - yA u
=
( 5)
由于车轮着地点 E 的坐标已知 , 且 yG = yE , 带 入式 ( 5 ) 可求得 G 点坐标 ( yG , zG ) , 则 α = arctan (
( 1. Automobile Engineering Departm ent, Academy of M ilitary Transportation, Tianjin 300161, China; 2. Units 72726, J inan 250023 , China )
Abstract: The force mode of double w ishbone independent suspension w ith torsion bar is established, calculation method of the force and torque loaded on torsion bar are determ ined by analysis of the mode, then for mulas of torsion bar line stiffness and suspension conversion stiffness are built . A t last, the stiffness curve of the torsion bar and suspension is gained by the calculation and analysis of a certain cross - country vihicle. Keywords: double w ishbone; torsion bar; force analysis; stiffness calculation
基于有限元分析的FSC赛车车架轻量化设计
10.16638/ki.1671-7988.2018.15.053基于有限元分析的FSC赛车车架轻量化设计徐森，曹晓辉，胡朝磊（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013）摘要：以大学生方程式赛车为实例，为了设计更高性能的车架，利用ANSYS软件校核车架的刚度，结合实验数据作为参考，在保证车架扭转刚度在目标值以上的前提下，不断修改车架的结构、钢管尺寸等，达到轻量化优化设计的目的，再通过软件分析车架强度与模态，保证车架的工作稳定性。
优化后车架扭转刚度达到了2468.5N*m/deg，质量为27.659kg，达到预期设计目标。
关键词：FSC 赛车；车架设计；有限元分析；轻量化设计中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)15-143-04Lightweight Design of FSC Racing Car Frame Based on Finite Element AnalysisXu Sen, Cao Xiaohui, Hu Chaolei( Automotive and Traffic Engineering College, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013 )Abstract:Taking the student equation racing car as an example, in order to design a more high performance frame, use ANSYS software to check the stiffness of the frame, combined with the experimental data as a reference, the structure of the frame and the size of the steel tube are constantly modified under the premise that the frame's torsion stiffness is above the target value, so as to achieve the purpose of lightening and optimizing the design. The strength and mode of the frame are analyzed by software to ensure the working stability of the frame. After optimization, the torsion stiffness of the frame reaches 2468.5N*m/deg and the mass is 27.659kg.Keywords: FSC car; design of frame; finite element analysis; lightweight designCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)15-143-04前言轻量化是所有赛车及乘用车追求的目标，根据牛顿第二定律，F= m *a，在相同的牵引力下，质量减轻能获得更大的加速度，这是评判赛车动力性的三大指标之一。
双横臂独立悬挂主要零件有限元分析研究
（ 中国北 方车辆研究所 ，北京 １０ ７ ） ００ ２
摘
要： 在运用 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ软件对 双横臂独立悬挂进行极 限工况动力学仿真的基 础上 ，运用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ软件对其 主要
承载零件下横臂与球头销进行有限元分 析 ，并就其结果 对零 件进行 了分析 、改 进与试验 对 比．此方法 可作 为此
修 稿 Ｅ期 ： ０ ９— ６— ８ ｔ ２ ０ ０ ０
作者简介：彭余（ ９ １一） １８ ，男 ，工程师 ，主要研究方 向：车辆设计与仿 真
第 ３期
彭友余 等 ：双横臂独立悬 挂主要零件有限元分析研究
内臂 建立耦 合 约束 ； ３ ）载 荷施 加在 球 头销 球 心 点 与 弹簧 底 座 中心 点 ，其大 小 由动力 学仿 真结果 得 到．约 束方 式为 在
ｏ ｉ ｅｓｆ ａｅｏ Ａ Ａ Ｕ ．Ａ ｃｒｉｇｔ ｔｅＦ Ａ ｒｓｌ ，ｗ ｍ ｒｖ ｅｅｐ ｒ ｅｉ ．Ｉ Ｓａ ｄｗｔ ｔ ｏｔ ｒ ｆ Ｂ Ｑ Ｓ ｃｏｄｎ Ｅ ｕ ｓ ｅｉ ｐｏｅｔ ｓ ａｔ ｄ ｓ ｎ ｔ ｈｈ ｗ ｏｈ ｅ ｔ ｈ ｓ ｇ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｕｔ ｉｉ ｇ ｔ ｏ ｗａ ｅ ｏ ｔａ ｔ ｉ ｚｎ ｈｅｓ ｆ ｒ ｆＡＤＡＭＳ， ｔ ｅ ｕ ｔ ｔ ｏ ｄ ｃ ｓ ｆｓ ｏ ｔｌ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｓｏ ｓｓｍｕ ｌ ｔ ｈ ｌ ｍａｅｌ ａ ａ ｅｏ ｈ ｒ—ｏ ｇａ ｎ ｕ ｐ ｎ ｉ ｎ ｉ ｉ — ｉ ｌｔｄ ａ ｄ ｎ ｌｚ ｄ Ｂａ ｅ ｎ ｈ ｅ ｕｔ ｆｄｙ ａ ｃ ，ｔ ｅ ｔｅ ｇｈ ｏ ｏ ｒ ａ ｍ ａ ｄ ｐｈ ｒｃ ｌ ｐ ｎ， ａ ｅ ｎ ａ ａ ｙ ｅ ． ｓ ｄ ｏ ｔｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ｎ ｍｉ ｓ ｈ ｓｒ ｎ ｔ ｆ ｌｗｅ ｒ ｓ ｎ ｓ ｅ ａ ｉ ｉ ｗｈ ｃ ｒ ｈ ｒｍａ ｙ ｐ ｒｓｏ ｈ ｒ－ｏ ｇ ａ ｎ ｕ ｐ ｎ ｉｎ，ｉ ａ ｃ ｌｔ ｄ ｂ ａ ｓｏ ｉ ｉｅ Ｅｌｍｅ ｔＭｅ ｈ ｉｈ ａ ｅ ｔｅ ｐ ｉ ｒ ａ ｆｓ ｏｔ ｌｎ Ｆ ｌｓ ｓ ｅ ｓｏ ｔ ｓ ｃ ｕ ａｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆＦ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ — ｌ
FSC赛车车架的强度及刚度计算与分析
中国大学生方程式汽车大赛 （ 简称中国“ Ｆ Ｓ Ｃ ” ） 是一项 由高等 院校汽车工程或汽车相关专业在校 本科 生及研 究生组队参加 的汽车设计与制造的 比 赛。 大赛要求 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座休闲赛车， 并能够完成全部或部分赛事环节的比赛。
Ｖ ｏ １ ． ３ ３ ， Ｎｏ ． ６ Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
Ｆ Ｓ Ｃ赛车车架 的强度 及 刚度计算 与分析
张宝玉，韩忠 浩，杨 鹏
（ 辽 宁工 业大 学 汽车 与交 通 工程 学院 ，辽 宁 锦州 １ ２ １ ０ ０ １ ）
摘 要：以辽宁工业大学第一代赛车车架为研究对象，运用 Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ软件建立赛车车架 Ｃ Ａ Ｄ模型，并将其导
（ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ＆ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｊ ｉ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ １ ２ １ ０ ０１ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｔ ｈ ｅ Ｃ Ａ Ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｒ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｒ ｌ ｆ ａ ｍ ｅ ｗ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ ｓ ｏ ｔ ｆ ｗ ａ ｒ ｅ ， ａ ｎ ｄ
ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ Ｆ Ｅ ｓ ｏ ｔ ｆ ｗａ ｒ ｅ Ｈｙ ｐ ｅ ｒ Ｍｅ ｓ ｈ ， ｈｅ ｔ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｉｔ ｎ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ａ ｃ ｅ ｒ ’ Ｓ ｌａ ｆ ｍｅ ｉ ｓ ｇ ｅ ｎ ｒａ ｅ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｕ ｐ ， ｍｅ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ， ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ． Ｉ ｎ ａ ｄ ｉｔ ｄ ｉ ｏ ｎ ， ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｓ ｉｆ ｔ ｆ ｎ ｅ ｓ ｓ ｗｅ ｒｅ ａ ｌ ｓ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ Ｓ Ｏ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｆ ｒ ａ ｅ ｍ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｍａ ｄ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｗｉ ｈ ｔ ｓ ｒ ｔ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ
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]。
FSC赛车车架的静态结构与模态分析
FSC赛车车架的静态结构与模态分析阎力;史青录;连晋毅【摘要】以太原科技大学万里车队自主研制的首辆FSC赛车车架为研究对象,基于CATIA和Hy-perMesh软件平台,分别建立车架的几何模型和有限元模型,利用有限元原理对车架进行多工况下的静态结构与自由模态分析.分析结果表明,车架强度与刚度均符合要求,同时车架低阶固有频率未与外界激励重合.避免了共振现象.经验证,该设计安全可靠,可为我校日后参赛提供保障.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】6页(P98-103)【关键词】FSC赛车;车架;刚度;静态分析;模态分析【作者】阎力;史青录;连晋毅【作者单位】太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】U469.696大学生方程式汽车大赛起源于美国，是一项由高等院校在校生参加的汽车设计与制造竞赛，简称FSAE(Formula SAE)，目前全球已有10余个国家举办，2010年中国汽车工程学会将该项赛事引入国内并命名为FSC [1]。
在FSC项目中，车架是支承车身的基础构件，作为安装基体，它承载并连结所有的系统组件(包括发动机、传动、悬架等)，同时承受这些组件的重量和传递给车架的各种复杂载荷。
因此，车架性能的优劣将影响整车的表现[2]。
现针对我校首辆FSC赛车车架，简述其设计流程并分析在多种典型工况下的静态结构与模态特性。
1.1 车架形式FSC赛车车架的结构形式主要包括空间管阵式、单体壳和混合式(前单体壳后空间管阵)三类。
单体壳重量轻、扭转刚度大，但成本高昂、设计复杂、工艺要求高、维修困难，目前国外车队运用较多。
相对而言，空间管阵式车架结构简单、成本低廉、方便制造、易于维修，现阶段国内FSC赛车车架仍普遍采用该传统形式进行设计和优化，并以此作为单体壳的低成本可持续替代品。