【正文】 能縮短產品的設計周期。所以計算結果如下； 1200r/min=20r/s 怠速頻率 = 10220? Hz 7500r/min=125r/s 最高轉速頻率 = ? Hz 發(fā)動機的震動頻率為 10Hz— ，而車架的 6 階震動頻率遠遠小于發(fā)動機怠速頻率，所以無論發(fā)動機處于什么工作狀態(tài)下，車架的震動頻率永遠不可能和發(fā)動機的震動頻率重合，所以車架是符合設計要求的。 通過改變模型一的鋼管直徑有原來的 25 變?yōu)?20 然后進行 ansys 分析得如下圖 （圖 — 圖 ） 圖 車架變形圖 41 圖 車架應力圖 根據(jù)分析結果得最大應力為 138MPa 小于 235MPa，完全符合材料屬性要求，所以根據(jù)所有的數(shù)據(jù)與三種不多結構的 ansys 分析比較，模型一材料直徑為 20 的鋼管為 最佳設計方案。 Ansys 參數(shù)定義 在 ansys 軟件中要進行有限元 分析，需要對很多參數(shù)定義，比如結構、材料屬性的輸入 如（圖 — 圖 ） 圖 Ansys 分析過程截圖 33 圖 材料屬性輸入截圖 網格劃分與施加載荷約束 通過網格劃分與施加載荷與約束才能在 ansys 軟件中進行進一步的結構靜力分析和模態(tài)分析。最后，把所有單元的這種特性關系，按照保持節(jié)點位移連續(xù)和節(jié)點力平衡的方式集合起來，就可以得到整個物體的平衡方程組。這是一個具有無限多自由度的問題。我們知道，電算和手算不同，它不適合用于零鼓碎打的算法，而要求系統(tǒng)化的計算程序，由于電子計算機的運算速度極快，它特別適合多次重復迭代的算法。 1963 年 J． F． Besse— ling 等人認識到有限元法是里 28 茲法的另一種形式，并且證實了它是處理彈性連續(xù)介質問題的一種通用方法，此后有限元法才開始鞏固其地位。眾所局知，從數(shù)學角度來看 ，一個工程問題往往可以用一個偏微分方程來描述，但是常常很難求得精確的解析解 [16]。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項，同時提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使用 三維模型的建立 通過運用 Proe 軟件建模的強大功能，掃描，拉伸的功能將三個車架的模型分別建立出來。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數(shù)據(jù)管理等等。 整車質心的 確定與受力分析 (1)求出整車的質心位置 ????ini iimxma 1 （ ） aLb ?? （ ） ????ini iig mymh 1 （ ） im 是第 i 個總成的質量 (Kg) ix 是第 i個總成的質心至前軸中心的水平距離 iy 第 i 個總成的質心至地面的高度 a 整車質心之前軸中的心的水平距離 b 整車質心至后軸中心的水平距離 gh 整車質心質地面的高度 L 軸距 車架坐標： x=650 y=300 人的坐標： x=600 y=300 17 發(fā)動機坐標： x=1180 y=210 kg55?人m kg30m ?車架 kg49m ?發(fā)動機 8 3 3 2493055 2 1 0493 0 0303 0 055a ???? ?????? 8 9 78 3 31 7 3 0ab ??? L 210493003030055h g ???? ?????? 所以整車質心為 x=897 y=267 座位用 U 型螺栓連接，并且 U 型螺栓與車架進行焊接。 材料的選擇 FSAE比賽中所使用的整體式車身基本采用碳纖維 (carbon fiber)制造在幾何設計的同時，需要 選擇合適的車架材料。 （ 4）發(fā)動機由 車架 2根縱梁連接，是發(fā)動機固定在車架上更簡單。 （ 4）在特殊賽段 有上坡 比賽時候后置后驅驅動輪上的 附著力增加爬坡能力提高的優(yōu)點。 FSAE使用的空間管件結構車架基本使 用鋼管或鋁合金管經焊接、鉚接或高強度粘接加工而成。它十分受歡迎的原因是設計制造都很簡單便宜。容許車輪有較大的跳動空間，使汽車有較好的平順性和通過性。車架寬度多為全長等寬。在中、輕型客車上也有所采用，轎車則較少采用。傳動軸經中部管梁通向后方。前緩沖臂位于車廂前圍板下部傾斜踏板前方；后緩沖臂位于后座下方。在保證強度、剛度的前提下車架的自身質量應該盡可能減小，以減小車身質量。 優(yōu)化設計后進行模態(tài)分析與車架側翻的安全分析 （ 6） FSAE 賽車車架屬于非承載式車身，它是整車的安裝基礎，所以對整車的總體布置也是屬于研究范圍。 這也是到目前位置中國高校在該項賽事中獲 得的最好成績。在過去的 20 多年里， SAE Mini Baja 的成功超乎了每個人的預期。對于設計團隊來說，挑戰(zhàn)在于要在一定的時間 和一定的資金限制下，設計和制造出最能滿足這些目的的原型車。 Formula SAE 為在傳統(tǒng)教室學習中的學生提供了一個現(xiàn)實的工程經歷。 研究的背景 Formula SAE 賽事由美國汽車工程師協(xié)會（ the Society of AutomotiveEngineers 簡稱 SAE）主辦。 （ 2）通過專業(yè)綜合訓練，綜合運用汽車設計課程和其他相關的理論與實際知識，掌握汽車設計的一般規(guī)律，學習正確的設計思想，培養(yǎng)分析和解決實際問題能力。由于車架看是簡單實際上是比較復雜的，通過ansys軟件的分析不但能滿足設計的要求，而且縮短了設計的周期。 I 摘 要 Formula SAE 賽事 1980 年在美國舉辦第一次比賽，現(xiàn)在已經是為汽車工程學會的學生成員舉辦的一項國際賽事，其目的是設計、制造一輛小型的高性能方程式賽車，并使用這輛自行設計和制造的賽車參加比賽。然后將自己設計出的三個不同結構的車架運用 Proe進行建模，然后將三個車架導入 ansys軟件進行靜力結構分析與車架側翻 時候的靜力分析， 通過比較得到優(yōu)化結果，將優(yōu)化的車架進行模態(tài)分析。 optimal Design 1 第 1章 緒 論 全套圖紙，加 153893706 研究的目的和意義 (1)通過此次畢業(yè)設計能為 FSAE賽車提供出車架的設計方案，能填補學校 在這方面的空白之處，也能為學校組建 FSEA方程式賽車作出微薄的貢獻。 （ 8）由于中國有 20xx年才開始舉辦 FSAE方程式賽車的比賽，加之中國汽車制造業(yè)起步晚于發(fā)達國家，所以此次車架的研究設計對中國大學方程式賽車的設計有著突破性的意 義。由參與的學生負責管理整個項目，包括時間節(jié)點的安排，做預算以及成本控制、設計、采購設備、材料、部件以及制造和測試。制造公司日產能力要達到 4 輛，并且原型車的造價要低于 25,000 美元。 Mini Baja 比賽重點強調了地盤的設計，因為每個隊伍都使用一個 8 匹馬力的引擎，這一點無法改變。 湖南大學汽車學院也在國外獲得過一定的成績。 4 （ 5） 運用 ansys 軟件對三種不同結構的車架進行結構靜力分析， 通過分析結果得到優(yōu)化車架。/m 。其最大特點是前后兩段縱梁系經所謂的緩沖臂或抗扭盒與中部縱梁焊接相連。 7 （ a）周邊式車架；（ b） X 形車架；（ c）梯形車架 圖 轎車車架 前端的叉形梁用于支承動力 傳動總成，而后端則用于安裝后橋。其優(yōu)點是便于安裝車身、車廂和布置其他總成，易于汽車的改裝和變型，因此被廣泛的采用在載貨汽車、越野汽車、特種車輛和用貨車底盤改裝的大客車上。既縱梁中部相當長的范圍內具有最大高度和寬度，而兩端可根據(jù)應力情況相應的縮小。與其他類型的車架比較，其扭轉剛度最大。 空間衍架結構（ spaceframe） 一種十分傳統(tǒng)也是在業(yè)余比賽中最為常見的車架。因為 FSAE廣泛使用的有管件結構車架、單體殼車身兩種，綜合考慮制造、造價和性能因素后選用此種車架結構形式。 （ 3）后置后驅的方式改善了賽車駕駛員的視野，讓駕駛員更能觀察比賽的情況同時做出相應的調整。 （ 3）車架主環(huán)梯形的設計方案，是主環(huán)加工簡單。 （ 4） 該車架同時也省略了前環(huán)與側防撞桿的連接，使其結構強度降低但降低了 車架的質量。為了使車架加工方便和降低成本，在符合要求的前提下我全部選用 直徑為 *。目前已經發(fā)布了 Pro/ENGINEER20xxi2。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。這種方法首先在固體力學范疇，而后在工程技術各個領域令得到了廣泛的應用。有限元法的第一個黃金時期開始于6 年代初，當時，將一個連續(xù)體離散化為有限個單元組合體的這種有限元的概念開始在工程界流行， G． N． White 比和 K． O． Friedrichs 采用了規(guī)則的三角形單元，從變分原理出發(fā)來求解微分方程式。 從數(shù)學角度來看，有限元法是將一個偏微分方程化成一個代數(shù)方程組，利用計算機求解。因此，可以把彈性連續(xù)體看作由無限多個微元體所組成。 29 在此基礎上，對每一單元根據(jù)分塊近似的思想，假設一個簡單的函數(shù)來近似模擬其位移分量的分布規(guī)律，即選擇位移模式，再通過虛功原理 (或變分原理或基他方法 )求得每個單元的平衡方程，就是建立單元節(jié)點力與節(jié)點位移之間的關系。 FSAE車架結構靜力分析 通過 ansys 軟件的強大功能對車架進行靜力分析，通過分析結果 來比較得到優(yōu)化車架完成本次設計中重要的一節(jié)。 綜合上述分析模型一的車架為最佳車架并對其進行進一步的優(yōu)化。 表 模態(tài)分析數(shù)據(jù)表 一階 二階 三階 四階 五階 六階 震動頻率 本次設計發(fā)動機采用 cf188，根據(jù)提供數(shù)據(jù)得出發(fā)動機怠速狀態(tài)下轉速為1300? 100r/min，最高轉速為 7500r/min，而發(fā)動機的震動是點 火一次頻率為 1Hz，本發(fā)動機為 單 缸，曲軸 每 轉 2圈發(fā)動機點火 1次。通過這些解決了車架設計中結構要滿足賽車的強度和剛度的要求達到了設計的目的。以前只是應付考試，現(xiàn)在要自己設計一個產品出來，才覺得到自己學的只是遠遠