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FSC赛车车架设计及轻量化研究

作　者: 李越辉
导　师: 尉庆国；温德恩
学　校: 中北大学
专　业: 车辆工程
关键词: FSC赛车车架有限元灵敏度分析质量优化
分类号: U469.696
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 8次
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内容摘要

FSC赛车车架是确保赛车能够顺利完成各项比赛和驾驶员生命安全的主要结构。因此FSC车架的设计要保证其有足够的强度与刚度，避免车架的低阶频率与激振频率接近或重合，同时还应尽量使车架质量小和结构紧凑。为保证驾驶员的安全与驾驶舒适以及适应各零部件和总成在车架上的布置要求，根据FSC赛车结构规则、汽车人机工程学和赛车总布置的要求对车架进行了设计，并参照第一代FSC赛车选取了初始钢管壁厚。完成车架结构设计后，在三维CAD软件中进行赛车的装配并检查是否产生干涉。在ANSYS中建立车架的参数化有限元模型，对初始设计的车架进行了五种极限工况下的强度分析、弯曲刚度及扭转刚度分析、模态分析。从分析结果可知，车架的最大应力远小于材料屈服极限，变形很小，刚度也足够大，低阶固有频率分布也合理，说明车架质量有优化的空间。随后对车架进行扭转刚度、一阶固有频率和质量的灵敏度分析，筛选出对扭转刚度、一阶固有频率和质量有较大影响的设计参数作为车架质量优化的设计变量，将扭转刚度和一阶固有频率作为状态变量，质量作为目标函数，对车架进行优化分析。其余设计参数取最接近规则限定的钢管内半径上限的标准值。最终使车架质量减少6.1Kg。最后对FSC车架的设计、有限元参数化建模、有限元分析和优化设计进行了总结，所得的经验和结论可作为今后FSC赛车车架设计与仿真分析的参考与指导。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章引言  10-15
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 FSC 赛车车架设计与轻量化发展现状  11-12
  1.3 课题研究的主要内容  12-15
第二章 FSC 赛车车架的设计  15-21
  2.1 FSC 赛车车架形式的选择  15
  2.2 FSC 赛车车架设计的原则  15-19
    2.2.1 FSC 赛车结构规则  15-16
    2.2.2 驾驶员坐姿的确定  16-19
    2.2.3 按总布置要求对车架结构进行设计  19
  2.3 车架材料及管径的选择  19
  2.4 FSC 车架结构的设计  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章 FSC 车架有限元模型的建立  21-37
  3.1 有限单元法简介  21-24
    3.1.1 有限单元法的求解思想  21-22
    3.1.2 有限单元法的应用特点  22-23
    3.1.3 有限单元法的分析过程  23-24
  3.2 有限元分析软件 ANSYS 介绍  24-26
  3.3 建立车架的参数化有限元模型  26-34
    3.3.1 选择车架的单元类型  26
    3.3.2 梁单元刚度矩阵的形成  26-29
    3.3.3 车架单元简介  29-34
  3.4 建立车架有限元模型  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章 FSC 车架的强度及刚度分析  37-55
  4.1 FSC 车架的强度分析  37-50
    4.1.1 Von Mises 屈服准则  37-38
    4.1.2 对车架进行强度分析的五种工况  38-39
    4.1.3 弯曲工况分析  39-41
    4.1.4 弯扭组合工况分析  41-44
    4.1.5 侧向加速度工况分析  44-46
    4.1.6 纵向加速度工况分析  46-48
    4.1.7 侧向和纵向组合加速度工况分析  48-50
    4.1.8 车架强度分析总结  50
  4.2 FSC 车架的刚度分析  50-54
    4.2.1 FSC 车架刚度的计算  50-52
    4.2.2 弯曲刚度分析  52-53
    4.2.3 扭转刚度分析  53-54
    4.2.4 车架刚度分析总结  54
  4.3 本章小结  54-55
第五章 FSC 车架的模态分析  55-60
  5.1 固有频率与振型  55-56
  5.2 车架的模态分析  56-59
  5.3 本章小结  59-60
第六章 FSC 车架的灵敏度分析  60-72
  6.1 ANSYS 灵敏度分析介绍  60-62
    6.1.1 相关术语的说明  60
    6.1.2 概率设计变量的选择  60-61
    6.1.3 统计分布函数的选择  61
    6.1.4 概率分析方法的选择  61-62
  6.2 灵敏度计算的基本理论  62-64
  6.3 车架灵敏度分析  64-71
  6.4 本章小结  71-72
第七章 FSC 车架质量的优化  72-80
  7.1 ANSYS 优化设计模块介绍  72-74
    7.1.1 相关术语的说明  72-73
    7.1.2 优化方法简介  73-74
  7.2 车架质量的优化分析  74-75
  7.3 车架优化结果总结  75-78
  7.4 本章小结  78-80
第八章结论与展望  80-82
  8.1 全文总结  80-81
  8.2 展望  81-82
参考文献  82-85
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果  85-86
致谢  86-87

FSC赛车车架设计及轻量化研究

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