ANSYS大学生方程式赛车车架有限元分析(2)

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5.3.2弯曲工况下车架有限元分析 28

5.4制动工况下车架载荷及分析结果 . 30

5.4.1制动工况下车架载荷 30

5.4.2制动工况下车架有限元分析结果 .. 32

5.5拐弯工况下车架载荷及分析结果 . 34

5.5.1拐弯工况下车架载荷 34

5.5.2拐弯工况下车架有限元分析 36

5.6三种工况下车架有限元分析总结 . 38

5.7本章小结 39

6. 有限元分析之模态分析 .. 40

6.1模态分析理论 .. 40

6.2发动机及路面频率 . 41

6.3车架模态分析 .. 41

6.3本章小结 44

总结 45

致谢 46

参考文献 .. 47
1. 绪论 1.1 研究项目背景中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国 FSAE”）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。2010 年第一届中国FSAE 由中国汽车工程学会、中国二十所大学汽车院系、国内领先的汽车传媒集团——易车（BITAUTO）联合发起举办。中国 FSAE秉持“中国创造擎动未来”的远大理想，立足于中国汽车工程教育和汽车产业的现实基础，吸收借鉴其他国家FSAE赛事的成功经验，打造一个新型的培养中国未来汽车产业领导者和工程师的交流盛会，并成为与国际青年汽车工程师交流的平台。中国 FSAE是一项非盈利的社会公益性事业，利在当代，功在未来。项目的运营和发展结合优秀高等院校资源源]自=751-^论-文"网·www.751com.cn/ 、整车和零部件制造商资源，获得了政府部门和社会各界的大力支持以及品牌企业的资助。社会各界对项目投入的人力支持和资金赞助全部用于赛事组织、赛事推广和为参赛学生设立赛事奖金[1]。车架作为整个赛车中重要部件，它连接着车架大部分零件。对 FSAE大赛的赛车来说，车架的力学性能特别重要。FSAE 大赛要求参赛的赛车的车架满足其规定的强度、刚度、刚度、可靠性、以及寿命等要求的前提下，尽量做到轻量化和成本低廉。所以对赛车的车架进行力学分析，得到车架的刚度、强度、动态特十分重要。车架的形状复杂，不适合利用传统的手工计算进行力学分析。随着计算机的迅速发展和有限元软件的不断成熟，有限元被广泛的应用在汽车设计的各个方面，特别是车架的设计上。利用有限元法也会缩短了设计周期，节约了设计成本。时值第四届大学生方程式赛车即将举行之际，所以利用有限元法对我南京理工大学机械工程学院参加此次大赛的赛车的车架进行有限元分析十分必要。
1.2 车架有限元分析现状有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它首次出现在 50年代研究连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中，其是一种应用有效的数值分析方法。在对于车架的有限元法分析首先于 60 年代中后期在国外开始的。随着计算机的硬件与软件的快速发展，有限元软件也出现百家争鸣的态势。目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC等比较知名的有限软件。在车架结构设计中大量使用计算机辅助设计与分析技术，目前，国外在汽车车架设计与分析中的有限元法应用已经比较成熟，并取得大量研究成果。国外对车架的有限元分析有应用范围广、模型精细化程度高、有限元软件自动化程度高的特点[2]。我国的汽车行业起步比较晚，而且在先进技术的运用上也是没有国外做的好，在利用有限元进行分析的领域也与外国有很大差距。但经过大量研究人员的努力，我国汽车工业在 CAE技术尤其是有限元法的研究方面也取得了一定成果。早期我国虽然引进了有限元的方法，但由于计算机硬件没有跟上，所以还是以人工矩阵计算为主辅以计算机进行有限元分析，如在 1977年当时的一机部长春研究所的骨安涛、常国振研究了汽车车架设计计算的有限元法，较早的将有限元法引进汽车车架的设计工作[3]。随着计算机的发展，利用车架的模态分析结果直接对结构特新进行评估。首先在车架的故障诊断方面运用模态分析技术进行了深入的研究，利用有限元软件对车架进行静强度分析，进行仿真模拟出车架故障疲劳失效，随后有限元结合神经网络、遗传算法，进行优化设计[4] [5][6]。但单纯的利用有限软件进行研究，脱离实际工作状况，有一定的局限性。有限元软件除了在车架失效分析中广泛，在其他方面也是有很好的应用,朱茂桃和姜辉的货车驾驶室结构有限元模型的动力修改，是有限元在驾驶室分析中的应用的一个案例[7]。随着有限元越来越多的应用，对于车架的有限元模型也是提出不同的想法，其中不考虑接头模型和考虑接头模型两种模型对静态分析结果产生不同的结果。陈铭年、庄继德在充分分析两种模型基础上提出柔性接头模型，并根据实际情况设置参数，很好对车架进行仿真和模拟。