【導(dǎo)讀】學(xué)生成員舉辦的一項(xiàng)國(guó)際賽事，其目的是設(shè)計(jì)、制造一輛小型的高性能方程式賽車，并使用這輛自行設(shè)計(jì)和制造的賽車參加比賽。且原型車的造價(jià)要低于25,000美元。這項(xiàng)競(jìng)賽包含有3個(gè)最主要的基本元素，分別是：。SAE賽事的主要參與者通常都是來(lái)自高校的學(xué)生組成的車隊(duì)?，F(xiàn)在在美國(guó)、歐洲和澳。大利亞每年都會(huì)舉辦FormulaSAE比賽。參與有意義的綜合項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。為了促進(jìn)民族汽車工業(yè)的發(fā)展，中國(guó)于20xx年開始舉。本次設(shè)計(jì)正因此而展開，本次設(shè)計(jì)主要是從車架的結(jié)構(gòu)入手，為了讓車架。然后將自己設(shè)計(jì)出的三個(gè)不同結(jié)構(gòu)的車架運(yùn)用Proe進(jìn)行建模，然后將三?；Y(jié)果，將優(yōu)化的車架進(jìn)行模態(tài)分析。由于車架看是簡(jiǎn)單實(shí)際上是比較復(fù)雜的，通過。ansys軟件的分析不但能滿足設(shè)計(jì)的要求，而且縮短了設(shè)計(jì)的周期。工業(yè)能提供很多重要的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步使民族汽車的更安全和實(shí)用。的空白之處，也能為學(xué)校組建FSEA方程式賽車作出微薄的貢獻(xiàn)。速發(fā)展的今天，汽車工業(yè)也得到了很好的發(fā)展。

　　

【正文】 39 圖 車架三應(yīng)力圖 對(duì)車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 通 過以上 ansys 靜力結(jié)構(gòu)分析得 數(shù) 據(jù) 如 “ 表 ” 表 三種車架分析所得數(shù)據(jù) 模型一 模型二 模型三 最大變形量 （ mm） 最大應(yīng)力 （ Mpa） 由于 FSAE 賽車車架是通過焊接而成，所以對(duì)材料的選擇必須符合相應(yīng)的要求，通過查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼 Q235 鋼材有以下屬性： 耐候鋼既耐大氣腐蝕鋼，在鋼中加入少量合金元素（如銅， Cr， Ni 等），使其在金屬基體表面形成保護(hù)層，提高鋼材的耐候性能，同時(shí)保持良好的焊接性能。其楊氏模量為 ，泊松比 ，屈服極限為 235MPa，在 ansys 分析結(jié)果中最大應(yīng)力小于 235MPa 即可滿足強(qiáng)度要求。 通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析與比較： （ 1）通過對(duì)最大變形量與最大應(yīng)力的比較模型三的變形量最大 故淘汰模型三這種結(jié)構(gòu)的車架。 （ 2）通過結(jié)構(gòu)的比較發(fā)現(xiàn)，模型二雖然變形量最小，但是如果在使用相同的懸架的情況下，模型二的離地間隙過小，不利于賽車在比賽中通過一些特殊的比賽賽道。 40 （ 3）三種車架通過分析都符合小于 235MPa 的 最大應(yīng)力，但在實(shí)際情況中還得考慮賽車的修理與維護(hù)，模型二由于結(jié)構(gòu)的原因發(fā)動(dòng)機(jī)的維修空間非常小，不 利 于實(shí)際情況。 （ 4）方案二采用底座與前環(huán)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙成一定的角度雖然結(jié)構(gòu)上有一定的優(yōu)勢(shì)， 但是在實(shí)際的加工過程中是非常困難的，為了滿足參賽賽車車架的剛度和強(qiáng)度要求的同時(shí)還要考慮到實(shí)際的情況。 綜合上述分析模型一的車架為最佳車架并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。 通過改變模型一的鋼管直徑有原來(lái)的 25 變?yōu)?20 然后進(jìn)行 ansys 分析得如下圖 （圖 — 圖 ） 圖 車架變形圖 41 圖 車架應(yīng)力圖 根據(jù)分析結(jié)果得最大應(yīng)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(jié)構(gòu)的 ansys 分析比較，模型一材料直徑為 20 的鋼管為 最佳設(shè)計(jì)方案。 但是考慮大賽要求，車架主環(huán)，前環(huán)必須要用直徑 25的鋼管，雖然直徑20 的車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上都能滿足要求，但是最終參賽比賽車架選用模型一的方案 ，這樣不但加工方便而且能降低制造成本。 對(duì)優(yōu)化后的車架進(jìn)行側(cè)翻安全分析 車架側(cè)翻主環(huán)承受的力量最大，能不能保證車手的安全就在于側(cè)翻的時(shí)候主環(huán)能不能滿足不解體和剛度強(qiáng)度能不能滿足，通過 ansys 軟件的分析得到以下結(jié)果如（圖— 圖 ） 車架變形圖和車架等效應(yīng)力圖。 42 圖 車架側(cè)翻變形圖 圖 車架側(cè)翻應(yīng)力圖 43 通過 分析結(jié)果所得 到數(shù)據(jù)車架側(cè)翻的時(shí)候 最大變形為 ，應(yīng)力為 206MPa，強(qiáng)度和剛度都在安全范圍內(nèi)，所以當(dāng)車發(fā)生側(cè)翻的時(shí)候車手是完全安全的。 對(duì)優(yōu)化后的 車架進(jìn)行 碰撞模擬 分析 當(dāng)賽車因?yàn)槭Э鼗蛘唏{駛員操作不當(dāng)引起碰撞是十分危險(xiǎn)的，因此對(duì)車架進(jìn)行碰撞模擬分析 如（圖 — 圖 ） 圖 車架加載約束截圖 圖 車架變形圖 44 圖 車架應(yīng)力圖 通過分析數(shù)據(jù)得到當(dāng)賽車發(fā)生正碰的時(shí)候車架的變形為 ，因此不會(huì)因?yàn)檐嚰艿淖冃味鴮?duì)駕駛員的腿部發(fā)生傷害，同時(shí)應(yīng)力也為超過材料的屬于， 車架不會(huì)因此分解，所以當(dāng)發(fā)生正碰的時(shí)候加上安全帶、防撞輪胎、碰撞緩沖塊等的吸收 駕駛員能得到很好的保護(hù)，車架也合理。 對(duì)優(yōu)化后的 車架進(jìn)行模態(tài)分析 對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行模態(tài)分析 （ 圖 — 圖 ） 圖 模態(tài)分析數(shù)據(jù)截圖 45 圖 車架一階振型圖 圖 車架二階振型圖 46 圖 車架三階振型圖 圖 車架四階振型圖 47 圖 車架五階振型圖 圖 車架六階振型圖 48 從圖 — 圖 中可以得到車架空載狀態(tài)下前 6階固有頻率及相應(yīng)的 震型，對(duì)車架而言做模態(tài)分析就是考了吧低階頻率應(yīng)避開發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，以免發(fā)生共振。 車架的 6 階的震動(dòng)頻率為 （表 ）中的結(jié)果單位為 Hz。 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(dòng)頻率 本次設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)采用 cf188，根據(jù)提供數(shù)據(jù)得出發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下轉(zhuǎn)速為1300? 100r/min，最高轉(zhuǎn)速為 7500r/min，而發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)是點(diǎn) 火一次頻率為 1Hz，本發(fā)動(dòng)機(jī)為 單 缸，曲軸 每 轉(zhuǎn) 2圈發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火 1次。所以計(jì)算結(jié)果如下； 1200r/min=20r/s 怠速頻率 = 10220? Hz 7500r/min=125r/s 最高轉(zhuǎn)速頻率 = ? Hz 發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)頻率為 10Hz— ，而車架的 6 階震動(dòng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率，所以無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)處于什么工作狀態(tài)下，車架的震動(dòng)頻率永遠(yuǎn)不可能和發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)頻率重合，所以車架是符合設(shè)計(jì)要求的。 本章小結(jié) 本章通 過對(duì)車架進(jìn)行了靜力結(jié)構(gòu)的分析，通過分析得數(shù)據(jù)得到了優(yōu)化的結(jié)果，完成了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)優(yōu)化后的車架進(jìn)行了側(cè)翻安全分析和模態(tài)分析，最終完成了本次設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。 49 結(jié) 論 本文對(duì)對(duì) FSAE 方程式賽車的背景進(jìn)行了介紹，對(duì)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展也進(jìn)行了一定的說明， 對(duì)常規(guī)車架的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了概述，也專門為賽車車架進(jìn)行了相關(guān)的介紹。本設(shè)計(jì)運(yùn)用的 proe 軟件與 ansys 軟件，也對(duì) proe 軟件的發(fā)展歷史、特點(diǎn)和功能進(jìn)行了介紹 。通過用 proe 軟件中建立模型然后導(dǎo)入 ansys 軟件對(duì)車架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)分析研究。通過分析 ，掌握了賽車車架結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求的結(jié)論，為中國(guó) FSAE 賽車車架的設(shè)計(jì)提供了一種方法。 通過 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)車架進(jìn)行了三種不同結(jié)構(gòu)的車架 ，闡述了三種車架的各自特點(diǎn)，對(duì)三個(gè)車架的進(jìn)行了建模讓自己的設(shè)計(jì)可以通過 ansys 軟件進(jìn)行分析，并對(duì)車架進(jìn)了靜力結(jié)構(gòu)分析與模態(tài)分析，同時(shí)對(duì)賽車側(cè)翻時(shí)也進(jìn)行了分析，通過分析結(jié)果得到的數(shù)據(jù)對(duì)車架進(jìn)行了優(yōu)化，模態(tài)分析中發(fā)動(dòng)機(jī)的頻率也是通過計(jì)算得出 40Hz— 400Hz。通過這些解決了車架設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)要滿足賽車的強(qiáng)度和剛度的要求達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。 在科技發(fā)達(dá)的今天我們可以通過各種先進(jìn)的技術(shù)運(yùn)用到 車架設(shè)計(jì)之中來(lái)，不但能得到設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，還能縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。通過本次設(shè)計(jì)我成功的將自己的設(shè)計(jì)融入到軟件中，經(jīng)過有限元分析得到了最佳結(jié)構(gòu)的車架，同時(shí)通過軟件檢測(cè)車架的頻率沒有和其他頻率重合，提高了車架的使用壽命。 50 參考文獻(xiàn) [1]吳思宇，羅偉。 ANSYS 工程計(jì)算應(yīng)用教程 [M]。北京：中國(guó)鐵道出版社， 20xx:2536 [2]余志生，汽車?yán)碚?，機(jī)械工業(yè)出版社， [3]劉惟信，汽車設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社， [4]陳家瑞，汽車構(gòu)造（下冊(cè)），人民交通出版社， 1999,5 [5]王望予，汽車設(shè)計(jì)（第四版），機(jī)械工業(yè)出版社， [6]張朝輝， 結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實(shí)例解析，機(jī)械工業(yè)出版社， [7]劉新田，黃虎，劉長(zhǎng)虹等，基于有限元的汽車車架靜態(tài)分析。上海工程技術(shù)大學(xué)報(bào)，20xx,6 [8] 張德平 , 徐澤古 , 徐斌 . 客車車身骨架有限元分析 [ J ]. 客車技術(shù)與研究 , 20xx, 30 [9] 陳國(guó)華 . 汽車車門靜態(tài)強(qiáng)度剛度計(jì)算與分析 [ J ]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化 , 20xx, 3 [10]期刊：于國(guó)飛，黃紅武，吳俊輝，基于有限元的 FSAE 賽車車架的強(qiáng)度及剛度計(jì)算與分析，廈門理工大學(xué)機(jī)械工程系 [11]碩士學(xué)位論文：居小凡，陳關(guān)龍， Formula SAE 賽車的設(shè)計(jì)制造及測(cè)試，上海交通大學(xué)， [12]詹友剛： Pro/ENGINEER 中文野火版 曲面設(shè)計(jì)教程，機(jī)械工業(yè)出版社， [13]谷安濤，常國(guó)振，汽車車架設(shè)計(jì)計(jì)算的有限元法，長(zhǎng)春汽車研究所 [14]卞學(xué)良，汽車設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社， [15]王國(guó)權(quán)，龔國(guó)慶，汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，機(jī)械工業(yè)出版社， [16] 劉極峰，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 與制造 .[M].北京：高等教育出版社， 20xx [17]韓璐，司景萍，李臣，基于 ansysy 軟件的車架設(shè)計(jì)研究綜述，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) [18]王新彥，基于 ansys 的越野車車技模態(tài)分析，江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， [19] Chan, M. 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