FSAE赛车车架结构优化和轻量化
FSAE赛车悬架的优化设计及分析
2、阻尼：阻尼的大小直接影响赛车的反弹速度和行驶平顺性。阻尼过大， 赛车反弹过快，会影响赛车的操控性和稳定性；阻尼过小，则会导致赛车行驶平 顺性降低。
3、几何形状：悬架的几何形状决定了赛车在不同行驶状态下的性能表现。 例如，多连杆悬架可以提供更好的操控性和稳定性，但需要更高的技术要求和更 复杂的结构设计。
二、大学生方程式赛车悬架的设 计
1、确定悬架类型：大学生方程式赛车通常采用麦弗逊式独立悬架，这种悬 架具有结构简单、重量轻、占用空间小等优点。
2、选择合适的材料：考虑到赛车的轻量化和刚度需求，通常会选择高强度 铝合金作为悬架的主要材料。
3、确定弹簧刚度和阻尼：弹簧刚度需要根据赛车重量和赛道特性进行选择， 而阻尼则需根据驾驶风格和赛道条件进行调整。
1、按照设计图纸进行前期准备
在制造阶段，首先要按照设计图纸进行前期准备，包括加工制造、组装等。 要确保各个零部件的尺寸和性能符合设计要求，同时要对材料和加工工艺进行严 格把关，确保赛车制造的质量。Biblioteka 2、安装动力装置和其他附件
在制造过程中，要安装发动机、变速器等动力装置，并连接相关管路和附件。 在这个过程中，要保证各个零部件之间的连接牢固可靠，同时要确保管路和线路 的布置合理，不会影响赛车的性能和安全性。
二、FSAE赛车悬架设计
FSAE赛车的悬架设计需要充分考虑赛车性能的要求和实际行驶情况。一般来 说，FSAE赛车的悬架设计需要考虑以下几个方面：
1、刚度：悬架的刚度是决定赛车操控性和舒适性的关键因素。刚度过高会 导致赛车过于僵硬，操控性虽然好，但舒适性会降低；刚度过低则会导致赛车过 于软弱，操控性降低，同时也会影响赛车的稳定性。
2、性能测试与评估：在完成悬架设计后，需要进行实际的性能测试和评估。 这包括在实验室进行振动测试、刚度测试等，以及在赛道上进行实际的驾驶测试。 根据测试结果对设计进行相应的调整和优化。
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。
大学生方程式赛车(FSA E)悬架优化设计
ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ｌ ｉ ｐ ｐ ａ ｇ ｅ ｉ ｓ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ３ Ｓ ｔ ｈ ｅ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｌ Ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ Ｗｈ ｅ ｅ ｌ Ａｌ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｎ ｔ
第２ ９ 卷第 ４ 期
黑
龙
江
工
程
学
院
学
报
Ｖｏ １ ． ２ ９ 。 Ｎｏ ． ４ Ａｕ ｇ ．， ２ ０ ｏ ｆ Ｈｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
中 图分 类 号 ： Ｕ４ ６ ３ ． ３ ３ ＋１ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ４ ６ ７ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ２ ７ — ０ ５
Ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ＦＳ ＡＥ ｖ ｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ ＭＡ Ｊ ｉ ｎ ｇ － ｊ ｕ ｎ ， ＹＥ Ｙｕ — ｔ ｉ ａ ｎ ， ＧＵＩ Ｈａ ｏ ， ＱＩ ＮＧ Ｔｏ ｎ ｇ ， Ｃ ＵＩ Ｈｏ ｎ ｇ — ｙ ａ ｏ
利用 Ａ ＤＡＭＳ ， 根据整车性 能对悬架进 行建模和优化设计 。在优化过程 中， 选择侧 向滑移量为 目标 函数 ， 对 比了优 化
前 后各前轮定位参数随车轮上下摆 动的变化 ， 证 明了优化后悬架 系统 的正 确性 。为 了解决 由加工 、 装配 和变形产生
的定位参数误差 ， 设计 出悬架定 位参 数的调节机构 。通过该机构 中的一对 螺纹连接 ， 实现 了推力杆长 度的调节 。文 中设计满足大赛 的相关规定 。 关键词 ： Ｆ Ｓ ＡＥ； 悬架系统 ； Ａ Ｄ ＡＭＳ ； 定位参数 ； 调节 机构
FSAE赛车车架的结构分析与优化的开题报告
FSAE赛车车架的结构分析与优化的开题报告一、选题背景FSAE（Formula SAE）赛车竞赛是国际汽联主办的一项汽车竞赛项目，旨在培养青年人的汽车设计和制造能力。
赛车要求具备高性能、高可靠性和高安全性，其中车架结构是赛车设计的核心之一，直接影响车辆的性能和操控性。
因此，本课题选取了FSAE赛车车架的结构分析与优化为研究对象，旨在探讨其结构特点及优化方法，提高车辆的性能和竞赛成绩。
二、研究内容和目标（一）研究内容1. FSAE赛车车架的结构特点及材料选择；2. 车架结构的静力学分析，包括力学模型、受力分析等方面；3. 车架结构的动力学分析，包括振动模态、固有频率、模态分析等方面；4. 车架结构的优化方法，包括拓扑优化、结构优化等方面；5. 基于优化后的车架结构设计静态和动态试验，并对试验结果进行分析。
（二）研究目标1. 深入了解FSAE赛车车架的结构特点及其受力情况；2. 通过力学分析和动力学分析，了解车架结构在静态和动态条件下的应力和振动情况，为后续优化提供基础；3. 熟悉车架优化的方法和流程，针对车架结构特点，提出优化方案，提高车辆的性能和竞赛成绩；4. 对优化后的车架设计进行静态和动态试验，验证优化效果，规范车辆设计和制造流程；5. 为FSAE赛车竞赛提供优秀的车辆设计和制造构思和方案，提高中国赛车水平和竞争能力。
三、研究方法和技术路线（一）研究方法1. 理论分析法：通过文献调研和资料收集，深入了解FSAE赛车车架的结构特点及材料选择；2. 数值模拟法：建立车架的静力学和动力学模型，进行数值模拟，分析车架在静态和动态条件下的应力、振动等情况；3. 优化设计法：结合车架的结构特点，采用拓扑优化、结构优化等方法，提出优化方案，提高车辆的性能和竞赛成绩；4. 试验验证法：设计静态和动态试验方案，对优化后的车架进行验证，分析试验结果并对车架设计和制造流程进行规范。
（二）技术路线1. 车架结构特点和材料选择分析；2. 车架静力学分析和动力学分析，并确定车架应力和振动情况；3. 优化方案设计，包括拓扑优化、结构优化等方法；4. 实验设计和试验验证，对优化后车架进行静态和动态试验，分析试验结果。
基于拓扑优化的FSAE赛车车架结构设计
基于拓扑优化的FSAE赛车车架结构设计吴佳秜;张诗博;解紫婷;陈浩杰【摘要】为了设计出兼顾轻量化与安全性的电动方程式赛车车架,文章同时结合有限元分析与连续体拓扑优化两种方法,使用CATIA软件设计车架并进行有限元力学与模态分析,通过Hyperworks软件的Optistruct求解器对车架进行拓扑优化,根据拓扑结果再次进行力学与模态的分析,得到满足设计要求且兼顾质量和性能的电动方程式赛车车架.最后通过实际比赛的检验,验证有限元分析与拓扑优化结合方法的可行性.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P115-119)【关键词】车架;拓扑优化;有限元分析;轻量化;FSAE赛车【作者】吴佳秜;张诗博;解紫婷;陈浩杰【作者单位】成都农业科技职业学院机电技术分院,四川成都611130;南昌大学,江西南昌330031;南昌大学,江西南昌330031;南昌大学,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】U463.83引言近年来，中国对汽车工业发展愈加重视，电动方程式赛车车队的要求便不仅仅局限于造出一辆的车，而着眼于打造一辆性能优异的赛车。
车架作为一辆车受力、传导力的重要结构部件，便对其有了更高的性能要求。
本文主要着重于车架的设计与拓扑优化，把如何设计一个兼顾轻量化与安全性的车架作为本文研究的目标。
拓扑优化中的连续体拓扑优化对于桁架结构比较适用。
连续体拓扑优化把定义空间分割成有限个单元进行设计，WEI K L[1]利用连续体拓扑优化中的变密度法对半挂车车架进行优化设计对变密度法进行了详细讨论，并给出了优化结果。
CHEN CF[2]等对抑制棋盘格现象而引入的惩罚因子ρ作了描述，对结果进行的验证也证明了其可靠性。
本文对FSAE赛车桁架式车架采用连续体拓扑优化的方法，建立有限个PSHELL单元和PBEAM单元的拓扑优化模型，借鉴与优化结果设计出兼顾轻量化与安全性的新车架，再对新车架进行力学及模态分析，保证车架结构满足设计要求，可以安全参赛。
FSAE赛车车架结构优化和轻量化
前隔板 前环斜撑 前环 侧防撞壁
主环 主环斜撑
图 l 第一届 FSAE 赛车车架三维模型 Fig．1 Three－dimensional model of The First FSAE Frame
2 车架有限元模型（包括网格的划分）
为了减少计算量， 需要对车架的网格大小进 行合理控制。 对于受力复杂的下层车架钢管划分 网 格 分 得 细 密 些 ，尺 寸 单 元 约 为 5mm，其 对 于 受 力较少的上层车架单元网格划分得粗些， 其尺寸 单元约为 25～45mm，对于与悬架硬点和发动机固 定点相连接的车架管件网格划分要更细些。
力分析和模态分析，根据仿真分析结果进行结构优化和轻量化设计，最后确定我校第二届 FSAE 赛车车架，实现
车架减轻重量 8．4kg。 因此，结构优化和轻量化对赛车设计制造有重要意义。
［关键词］ 大学生方程式赛车；车架结构优化；有限元；轻量化设计
［中图分类号］ U469．6＋96 ［文献标志码］ A
［文章编号］ 1673-3142(2012)11-0037-05
1 车架三维模型的建立
FSAE赛 车 车 架 的 几 何 模 型 是 依 据 中 国 大 学 生方程式赛车车架的结构要求来建立的车架三维 模 型 ［2］，具 体 的 技 术 要 求 如 下 。 1．1 主环及主环斜撑要求
主环必须由一根未切割的，连续的，截面形状 封闭的钢管构成， 必须从车架一侧的最低处向上 延伸，越过车架，再到达另一侧的车架最低处。 从 侧视图看， 主环和主环斜撑禁止布置在过主环顶 端垂线的同侧。 主环斜撑和主环的连接点应尽量 接近主环顶端， 连接点低于主环顶端的距离不得 超过 160mm（6．3 英寸）。 主环和主环斜撑所成夹 角至少为 30 °。 主环斜撑必须是直的，即没有任何 弯曲。 1．2 前环及前环斜撑要求
FASE方程式赛车车架设计报告
目录引言 (2)1车架外形设计 (2)1．1车架设计和制作的整体思路 (2)1. 1. 1车架设计思路 (2)1. 1. 2车架制造思路 (2)1．2车架整体设计 (2)1．2．1车架形式选择 (2)1.2.2车架材料选择 (3)1．2．3车架用钢管规格选择 (4)1. 3车架各部分设计 (5)1. 3. 1底盘外形设计 (5)1．3．2前隔板设计 (6)1. 3. 3前环设计 (7)1. 3. 4前隔板支架 (9)1. 3. 5前环支架 (10)1. 3. 6主环与肩带安装管 (11)1. 3. 7主环支架 (12)1. 3. 8侧防撞结构设计 (14)1. 3. 9发动机安装区的设计 (15)1．3．10后悬架安装区设计 (16)1．3．11其他斜支撑管 (16)2 车架有限元模型的建立 (17)2.１车架实体模型的建立 (17)2．3载荷的分析与处理 (18)2．4车架工况分析 (18)2．4．1弯曲工况 (18)2．4．2扭转工况 (19)2．4．3前右轮悬空 (19)2．4．4右后轮悬空 (20)2．4．5制动工况 (20)2．4．6转弯工况 (21)2．5车架的模态分析 (22)3 结束语 (3)车架设计引言赛车的车架是支撑赛车其他部件，构成赛车主体的重要部件。
该报告就是叙述车架设计的整个过程的，其主要包含两大部分内容:车架外形设计、车架有限元分析。
车架外形设计从车架的形式选择、材料选择、管件规格选择和各部分详细设计等方面进行了叙述。
车架有限元分析主要运用ANSYS力学分析软件对车架模型进行了计算机模拟分析，主要利用有限元方法通过工程分析软件ANSYS对车架进行静态强度和模态分析，获得车架在不同工况下的变形量和强度载荷及不同阶数的固有频率和振型，检验车架的结构是否合理，并未其改进提供依据。
1车架外形设计1．1车架设计和制作的整体思路1. 1. 1车架设计思路如果把一辆赛车比作一个充满活力的运动员的话，车架就是他的骨骼。
FSAE赛车双横臂悬架优化设计
３运动学仿 真分析
将激振 台架上下激振位移设置为 ４ 使 左右车轮 同步 ０ ｍｍ， 上下跳动 ， 计算悬架主要性能参数 的变化规律。 车轮定位参数随车轮跳动的变化曲线 ， 图 ３ 如 所示 。 外倾角变化范 围为（ １ ３ － ． ）８ ｍ。车轮跳动时外倾 一 ． ～ ０ ６ 。 ０ｍ ９ ２ ／ 角的变化对车辆的稳态响应特性等有很大 的影响 所 以应 尽量 ， 减少车轮相对车身跳 动时的外倾角变化 。 内倾角变化范 围为（ ． ￣ ．７ 。 ０ｉ ３ ４ ４ ） ８ ｌ ３ ８ １ ＇ ｌ ｍ。内倾角影响转 向盘
／ ● ｊ、 ｈｒ● ＿１ ＋１ １、 １ ， “ ｉ ｉ ¨ ● ～ … ¨ ｗ …
中图分类号 ：Ｈ ６ Ｕ ６ ． 文献标识码 ： Ｔ １ ，４ ３ ３ ３ Ａ
１ 『 弓 言
悬架系统是汽车的重要部件 ，双横臂独立悬架是 现代 汽车
定 和 全 有 重 的 响。 性安性着要影
ห้องสมุดไป่ตู้
图 ４轮距 随车轮跳动的变化曲线
由上述分析可知 ， 外倾 角 、 内倾角 、 前束角 ３个参数在悬架
跳动行程范围内变化较大， 需要进行优化。
４多 目标优化设计
多 目标 优化 问题 的求解方法一般有线性加权和法 、 平方和
图 ２双横臂悬架仿真模型
加权法 、 序列最优化法和各种遗传 、 进化算法等『， 于各种求解 １基 Ｏ ｌ
图 ２所示 。
车轮跳动行程／ ｍ ｍ
图 ３车轮定位参数随车轮跳动的变化曲线
轮距随车轮跳动的变化曲线 ， 如图 ４ 所示。轮距 的变化范围
FSE方程式赛车悬架和车架的设计介绍
FSE方程式赛车悬架和车架的设计介绍首先让我们来看悬挂系统的设计。
悬挂系统是赛车性能的关键之一，它负责车辆的悬挂和减震功能。
常见的悬挂系统包括双横臂悬挂、麦弗逊悬挂以及多连杆悬挂等。
这些系统的设计目标是提供稳定的悬挂和减震，保持赛车在高速行驶过程中的稳定性和操控能力。
在FSE方程式赛车中，双横臂悬挂是最常见的选择。
双横臂悬挂由上下两个横臂组成，它们连接在车轮和车架之间，通过控制横臂的连接点，可以改变车轮的角度和车辆的姿态。
这种悬挂系统具有良好的悬挂刚度和减震能力，能够提供灵敏的操控和高速稳定性。
减震器是悬挂系统中的关键部件，它通过控制车轮的上下运动来减少车身的震动。
在FSE方程式赛车中，减震器通常采用液压减震器，它利用液体的阻尼效果来控制车轮的运动。
减震器的设计需要考虑赛车在高速行驶和高负荷情况下的稳定性和减振效果。
除了悬挂系统，车架也是FSE方程式赛车设计中的重要部分。
车架是赛车的骨架，它需要具备足够的刚性和强度，以承受高速行驶和强烈的冲击力。
车架通常采用高强度材料，如碳纤维复合材料，以提供轻量化的同时不牺牲结构强度。
在车架的设计中，还需要考虑到空气动力学效应。
FSE方程式赛车的车架通常采用流线型设计，以降低风阻和提高汽车的速度。
车架上会安装机翼和扰流板等辅助空气动力学设备，以增加下压力和稳定性，提供更好的操控性能。
此外，车架的设计还需要考虑底盘的布置和驾驶员的安全。
赛车底盘的设计要求低重心和最小的阻力，以提高车辆的操控性能。
车架还需要提供足够的空间来容纳驾驶员和各种设备，同时保护驾驶员免受冲击和碰撞的伤害。
总之，FSE方程式赛车的悬挂系统和车架是保证车辆性能和操控能力的重要组成部分。
悬挂系统负责提供稳定的悬挂和减震功能，而车架则承载车辆的结构强度和空气动力学效应。
通过合理的设计和材料选择，可以使FSE方程式赛车达到卓越的性能和安全性。
FSAE赛车复合材料单体壳设计及优化
"$
Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
'科技风 ()(* 年 + 月
科技பைடு நூலகம்新
'热压罐或烘箱(比较常见"对模具的相关热学性能' 热膨胀 系数( 和耐压要求较高#
(&$ 复合材料 两种或两种以上的不同材料一般分为基体和增强体"组 合出来的新材料被称为复合材料# 这种多组分材料一般密 度都很低"继承了 组 合 材 料 的 优 点 和 缺 点" 并 每 种 材 料 都 能 保持自己独特的属性"这是与金属合金不同之处"同时复合 材料还有着比单组分更好的性能# 例如更大的强度$刚度等 机械属性"导电性$ 绝 缘 性 等 物 理 属 性 以 及 以 阻 燃 性 为 代 表 的化学属性"大部分复合材料都是非各向同性材料%(& # 在复合材料 材 料 受 力 时" 增 强 体 提 供 主 要 的 强 度 和 刚 度"所以它的模量及强度指标远大于基体%3& # 增强体还分为 纤维增强体和颗粒增强体"而后者不论是加工复杂度还是力 学性能上都远不如前者"虽然本身成本较低# 通常纤维增强 体都可以根据具体的受力和载荷来设定最佳的方向"而颗粒 增强体的方向是随机无序的"从整体性和连续性的角度上来 说"前者相比后者 必 然 有 着 很 大 的 性 能 优 势" 所 以 长 纤 维 增 强材料更适合 bU5\单体壳这种受载荷较大$且对整体性要 求高的结构# 复合材料的基体主要是为了起到保护纤维' 增 强体( $均衡并传递载荷以及粘接的作用"它们一般都是连续 相# 目前主要分为高分子基' 聚合物($金属基$无机非金属 基' 陶瓷( "本文使用的 环氧树脂属 于 高 分 子 化 合 物"其 强 度 和刚度都比较低"但运用广泛$技术最成熟# 金属和复合材料的力学特性有着非常大的区别# 复合 材料"尤其是纤维增强高分子基复合材料一般在面内方向上 强度和模量非常大"但这取决于纤维的铺层方向"除此之外 所有方向上的性能较弱"例如基体方向以及面外强度' 厚度 方向( 远远弱于普通金属材料# (&) 单体壳建模 单体壳模型的建立要充分考虑整车的布置"所以先绘制 单体壳的二维总布置草图# 总布置图设计时各总成之间的 关系界定一定要明确"尽量避免单体壳建模过程中发现有重 大潜在的干涉或布置空间完全不够的问题# 本文使用了 E5P#5c? 对单体壳进行建模和总体的装 配# bU5\车身表面精度要求没有民用车那么高"而且对各 曲面边界的连续性要求也不高"即曲面光顺性不是最重要# E5P#5c? 的创成式曲面设计' =U!( 就是一个基于参数化设 计$精度尚可的曲面建模模块"非常适合单体壳# 图 ) 为用 E5P#5建模的单体壳装配所有总成后的侧视图#
FSAE赛车悬架设计与优化分析开题报告
一、选题的背景与意义：随着汽车行业的发展与人们生活品质的提高，人们不再仅仅满足于以代步功能为主的传统汽车，于是各种各样的赛车活动应运而生。
自1979年，美国汽车工程师协会举办大学生方程式赛车比赛（简称FSAE），世界上已经有多个国家开展了此赛事，如美、英、德、日等国家，赛车比赛也因此被正式引入校园中。
2010 年，我国举办了首届中国大学生方程式汽车（简称 FSAE 赛车）比赛，自此，我国的大学生也有了全程参与整车设计、优化、制造、营销的全部过程的机会。
“汽车的整车总体设计、发动机设计、底盘和车身设计是汽车设计中的最为关键的四个方面，在汽车设计中占有举足轻重的地位。
然而底盘性能的设计决定了新产品的开发是否能够占有市场。
而悬架作为底盘最重要的部件之一，同时也是在开发一个新车型经常重新设计的部件之一，悬架的设计汽车的设计中也是十分重要的”[5]。
悬架结构形式和性能的好坏直接影响到汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。
拥有良好的悬架系统才能拥有一个良好的整车系统。
拥有自主知识产权和自主品牌的中国汽车业才能够在世界汽车行业中具有核心的竞争力，然而，我国在这方面能力还十分匮乏，在悬架系统的开发方面也存在着技术不足。
随着我国经济的快速发展，汽车行业面临的技术开发压力也越来越大。
因此，汽车悬架的设计及研究技术仍是现在汽车行业很重要的研究课题。
本课题基于中国大学生方程式汽车大赛（FSAE）的基础上对悬架系统展开的研究。
赛车与普通汽车的性能要求并不同，从 FSAE 赛车的实际需求性能出发，考虑悬架系统的参数对平顺性和操纵稳定性的影响。
首先运用Adams对赛车悬架进行运动学仿真分析与优化，然后采用有限元法对汽车悬架的结构进行分析，其中包括结构的应力分布、变形分布等。
在保证赛车的前后悬架能够满足比赛规则要求的前提下，使赛车的整体性能得到提高。
为以后赛车悬架的设计及优化提供参考。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：基本内容：（1）对悬架的结构形式进行分析，选择符合FSAE赛车规则的前后悬架的结构类型（2）根据今年既定整车参数和FSAE针对悬架的规则要求，对FSAE赛车前后悬架的主要参数进行设计，以及悬架的主要零部件进行选择和设计（3）基于Adams/Car模块建立赛车前后悬架模型，进行运动学仿真分析，以此为依据，对悬架进行优化，以车轮定位参数为设计目标，主要关键点为设计变量，利用Adams/Insight模块对前后悬架的参数进行优化（4）利用Catia建立前后悬架的三维模型，导入Ansys中简历有限元分析模型进行强度分析拟解决的主要问题：（1）悬架系统类型选择与理论计算（2）部分零部件轻量化设计的可行性（3）悬架杆件与动力系统杆件的干涉问题（4）悬架拆装的效率低下三、研究的方法与技术路线：(1)利用Adams进行动力学仿真分析。
FASE方程式赛车车架设计报告
FASE方程式赛车车架设计报告摘要：本报告基于FASE（Formula Alchemist Speed Engineering）方程式赛车车架设计，对车架结构、材料选择和制造工艺进行了详细探讨。
该设计旨在提高赛车的性能和安全性，并满足赛车比赛规则的要求。
经过分析和测试，本设计成功改进了车架结构，优化了材料选择，并改进了制造工艺。
最终的车架具有良好的刚度、轻量化和耐久性。
1.引言FASE方程式赛车车架设计的关键目标是提高赛车的性能和安全性。
赛车车架是车辆的重要组成部分，它承担着支撑车身、吸收冲击、提供瞄准器和悬挂等功能。
一个优秀的车架设计应该具备良好的刚度、轻量化、耐久性和灵活性。
2.参数规定根据FASE方程式赛车比赛规则，车架设计必须符合一系列参数规定，如最大长度、宽度、高度和重量等。
本设计严格按照这些规定进行设计，并在此基础上进行了优化。
3.车架结构设计车架结构的设计对整个赛车的性能有着重要影响。
本设计采用了单壳式车架结构，由前护舱、驾驶舱、后部结构和底盘组成。
此结构可以提供良好的车身刚度和耐撞击性能，同时减少了重量和气动阻力。
4.材料选择材料的选择在车架设计中至关重要，它直接影响车架的刚度、重量和安全性。
为了满足轻量化和刚度的要求，本设计选择了高强度铝合金作为主要材料。
这种材料具有较高的强度和良好的疲劳性能，在保证车身结构强度的前提下可以减少重量。
5.制造工艺制造工艺是确保车架质量和性能的关键环节。
本设计使用了先进的焊接工艺，采用机器焊接以提高精度和一致性。
此外，对于关键焊接部位，采用了复合焊接工艺来提高强度和耐久性。
6.结果与讨论经过测试和仿真分析，本设计所得到的车架在各项性能指标上均达到了预期目标。
其刚度足够高，能够满足高速赛车的要求；重量轻，有利于提高赛车的加速性能和操控性；同时，车架的耐久性也得到了提高。
7.结论本报告提供了基于FASE方程式赛车的车架设计方案。
通过对车架结构、材料选择和制造工艺的优化，得到了满足比赛规则并具有良好性能的车架。
FSAE赛车车架的结构分析与优化
FSAE赛车车架的结构分析与优化FSAE赛车的车架结构分析与优化是设计和制造一台高性能赛车的关键步骤之一、车架作为车辆的骨架，对于操控性能、安全性和整体刚性都起着至关重要的作用。
本文将对FSAE赛车的车架结构进行分析与优化，以提升车辆的性能和竞争力。
首先，车架的主要设计目标是轻量化和刚性化。
轻量化是为了减少整车质量，提高加速性能和操控性能；刚性化是为了保证车身的稳定性和操控精准度。
因此，在车架的结构设计中需要考虑材料的选择、截面形状和连接方式等因素。
材料选择是车架设计中的关键一步。
传统的FSAE赛车车架多使用钢材料，具有较高的刚性和强度。
然而，随着材料科学的发展，一些新型材料如碳纤维复合材料也被应用在赛车车架中。
这些材料具有高强度、低密度和优异的疲劳性能，能够有效减轻整车重量。
因此，在车架结构分析与优化中需要综合考虑材料的性能与成本，选择适合的材料。
截面形状是车架设计中的另一个重要因素。
通常，车架的截面形状可以采用圆管、方管或梁片等形式。
对于FSAE赛车来说，圆管具有良好的韧性和抗弯性能，且易于加工和连接。
但是方管由于其截面形状的不规则性，可以在一定程度上提高刚性和扭转刚度。
因此，在车架结构设计中需要结合比较不同截面形状的优缺点进行分析与优化。
连接方式是车架设计中的关键环节。
常用的连接方式包括焊接、螺栓连接和铆接等。
焊接是实现车架连接的常见方式，具有优秀的刚性和强度。
但是焊接时容易造成应力集中和变形，要求工艺严格控制。
螺栓连接和铆接则具有拆卸方便和更好的应力分散的特点。
因此，在车架结构设计中需要根据实际情况选择合适的连接方式。
车架的优化设计需要依靠结构分析方法。
结构分析可以通过有限元分析等方法来模拟车架的力学性能，验证设计的合理性，并找到潜在的问题和改进的空间。
在结构分析的基础上，可以进行参数优化，使得车架在保持刚性的前提下，减少重量的同时提升整体性能。
例如，在节点的设计中，可以对材料的厚度、连接方式和表面形状等参数进行优化，以提高刚性和减轻重量。
FSAE赛车悬架设计与优化
FSAE赛车悬架设计与优化摘要悬架作为赛车的重要总成之一，对赛车的整体性能影响巨大。
本文以FSAE大赛为背景，以浙江科技学院Attacker3赛车为研究对象，以Attacker2赛车为参照对象，进行一下几项研究与设计：1、对比螺旋弹簧减震器和空气弹簧减震器，分析两种减震器的刚度变化差异与其在赛车上的不同表现，进行避震器类型选择2、利用Adams/Car模块建立赛车前后悬架模型，进行运动学仿真分析，并以此为依据，对悬架进行优化，利用Adams/Insight模块对前后悬架的参数进行优化3、利用Catia建立前后悬架的三维模型，导入Ansys中建立有限元分析模型进行强度分析，并据此进行结构优化关键词：FSAE赛车空气避震器运动分析结构优化AbstractSuspension as one of the most important part of the race car, has a great influence on the Vehicle performance of the race car. In this paper, in the background of Formula SAE, we carry out these studies with the Attacker3 from Zhejiang University with science and technology as the object and Attacker2 as the reference:1:Camparing Helical spring and air spring, finding the differences of their stiffness change and performance in tests as basis for choosing them.2:Building front suspension model and rear suspension model on Adams, and doing the kinematic simulation analysis. Based on the result, Perform the suspension parameters objective-optimization design on Adams.3.Building the main parts of the suspension models, and importing them into Ansys to carrying out the static analysis. According to it, doing lightweight design.21目录摘要。
FSAE赛车车架扭转刚度优化
10110.16638/ki.1671-7988.2018.03.033FSAE 赛车车架扭转刚度优化刘丛浩1，张宇2，孙东2，李刚1，曹景胜1，马英皓1（1.辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121000；2. 中国航发哈尔滨轴承有限公司，黑龙江 哈尔滨 155100）摘 要：由于扭转载荷会引起车架和悬架相关部件的变形，从而影响整车的抓地力和操纵性，因此对于FSAE 赛车车架的设计，其扭转刚度是一个非常重要的设计参数。
根据FSAE 赛会的规则，车架钢管的横截面有方形和圆形两种不同形式，目前普遍采用的形式为圆形钢管。
文章研究了规则允许钢管类型，对比发现，相比于圆形截面，部分结构使用方形钢管质量可以减少2%，而车架扭转刚度提高39%，同时实现轻量化和扭转刚度的提升，实现了优化的目标。
关键词：FSAE 赛车；车架；扭转刚度；优化中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)03-101-02Torsional stiffness optimization of a FSAE car space frameLiu Conghao 1, Zhang Yu 2, Sun Dong 2, Li Gang 1, Cao Jingsheng 1, Ma Yinghao 1( 1. College of Automobile and Transportation Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001;2. AECC Harbin Bearing co. Ltd, Heilongjiang Harbin 150025 )Abstract: Since torsional loading and the accompanying deformation of the frame and suspension parts can affect the handling and performance of the car, torsional stiffness is generally thought to be a primary determinant of frame performance for a FSAE car. According to the FSAE Rules, different tube cross-sections are available for some members of a space frame. This research compared different tube shapes and thicknesses. Compared with the round tube, square tube can improve the torsional stiffness by 39% and the weight can reduce 2%. From these comparisons, it can be found the usage of square tube can improve the frame torsional stiffness efficiently.Keywords: FSAE Car; Space Frame; Torsional stiffness; Optimization CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)03-101-02前言FSAE 是由SAE 发起的一项大学生赛车赛事。
FSAE电车车架的结构分析
FSAE电车车架的结构分析引言FSAE（Formula SAE）是全球性质的学生汽车赛事，旨在由大学生设计、制造并竞赛单座式赛车。
FSAE电动车组则是以电动车为动力的比赛，其车架的设计有着非常重要的作用。
本文将就FSAE电动车车架的结构进行分析。
FSAE电车车架的功能与要求车架是整个赛车的基础结构，它的主要功能是承受各个部件的负荷和力矩，同时作为支撑和固定整个车辆的基础，保证了整个赛车的稳定性和可靠性。
要求实现的主要目标是轻量化、高强度和高刚性。
在设计车架时，需要考虑各个部件的尺寸、形状、分布、重量等因素。
电车车架需要考虑的因素还囊括有限电池重量和电池包形状等。
FSAE电车车架的结构FSAE电动车车架主要由四部分构成：前部、中部、后部以及支撑部分。
具体结构如下：前部前部由车轮、转向系统、刹车系统以及驾驶员和前悬架组成。
在车架设计中，应该注重前部的重量，优化车轮的位置和减小前悬架部分重量，以保证前部的刚性。
中部中部对保护驾驶员非常关键，它一般包括驾驶员座椅、驾驶员兼容结构和车辆的中构架等。
在车架设计中，应该将耐撞性和刚性的平衡融合，以保证减小车重的同时，增加载荷和力矩。
后部后部是车辆的动力拓展部分，这部分主要由驱动力转移系统，例如驱动电机、汽缸和离合器以及制动系统、悬挂和后轮组成。
在设计车架时，需要考虑到具体功能布局和连续的强度冲击要求。
支撑支撑是所有重要部分的基础，它由地面直接接触的部分和支持整个车辆的主要框架组成。
它能够为到处不同部分的能量和力矩提供平衡和平衡，同时尽可能地减少重量，提高整车的灵活性。
FSAE电车车架的材料在车架设计中，材料的选择是至关重要的，因为各个部分的质量和性能都取决于材料的选择。
FSAE车架经常采用碳纤维复合材料或铝合金材料。
1.碳纤维复合材料碳纤维的强度比铝高，密度却比铝低，因此其强度重量比非常优秀。
此外，它还具有优异的抗腐蚀性。
2.铝合金材料铝合金的强度重量比比钢高，但比碳纤维要低。
FSE方程式赛车悬架和车架的设计介绍
FSE方程式赛车悬架和车架的设计介绍（只翻译悬架部分）Edmund F. Gaffney lll and Anthony R. SalinasUniversity of Missouri-Rolla 概要这是一篇基于UM-Rolla队设计经验的有关SAE方程式赛车悬架和车架的设计介绍性文章。
在这里呈现的是一些基础理论和方法，所以一些刚起步的队伍可以遵循这里面的一些基础来设计他们的赛车。
所列举的例子是参照于UM-Rolla队的1996年的参赛数据。
1.悬架几何学悬架几何方面关注于悬架设计的一些基础性知识并着重于UM-Rolla队1996年的设计。
FSAE的悬架由于受过弯速度的限制只能在汽车动力学很狭隘的一个领域内运作，正如你所知道的，过弯速度又是受到跑道尺寸的限制。
因此，FSAE悬架的设计应该严格遵守比赛的要求。
例如，汽车的轮距和轴距是影响操作稳定性至关重要的因素。
这两个方面不仅影响着载荷转移，同时还影响着过弯半径。
此外，我们不仅只能关注于悬架的几何学方面，还得考虑元件的价格还有市场上是否能买得到。
例如，inboard suspension很容易在市场上买到而outboard suspension可能比较便宜些而且制作起来也更加容易些。
UM-Rolla队使用推杆驱动的螺旋弹簧独立悬架系统。
做出这样的决定主要是因为受到安装技术的限制。
此外，不管是对裁判还是对供应商来说，inboard suspension更为适合如今的赛车。
尽管我们所讨论的是上下臂不等长的悬架系统，但你要知道的是这其中的大部分概念对于其他的悬架系统也同样适合。
轮距如图1所示，轮距是汽车左右两侧车轮中心线之间的距离。
对于过弯来说，这是非常重要的一个概念，因为它可以抵制重力作用于质心的惯性力（CG）和作用于轮胎的侧向力所共同产生的倾覆力矩。
对于赛车设计者来说，轮距是影响赛车横向负荷转移的一个至关重要的因素。
这也就是说，在悬架的运动分析之前，设计者一定要对轮距有个深刻的了解。
HQF-600型FASE一级方程式赛车车架优化设计
摘要Formula SAE 赛事1980 年在美国举办第一次比赛，现在已经是为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。
出于此项比赛的宗旨是让学生针对业余高速穿障的车手开发制造一个原型车，该原行车应该具备有可小批量生产的能力，并且原型车的造价要低于25,000 美元。
这项竞赛包含有3个最主要的基本元素，分别是：工程设计、成本控制以及静态评估,单独的动态性能测试,高性能的耐久性测试Formula SAE 赛事的主要参与者通常都是来自高校的学生组成的车队。
现在在美国、欧洲和澳大利亚每年都会举办Formula SAE 比赛。
Formula SAE 向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。
为了促进民族汽车工业的发展，中国于2010年开始举办此赛事。
本次设计正因此而展开，本次设计主要是从车架的结构入手，为了让车架达到比赛所用赛车的刚度和强度进行设计和分析，本设计对整车做了总体布置，确定重心的位置。
然后将自己设计出的三个不同结构的车架运用Proe进行建模，然后将三个车架导入ansys软件进行静力结构分析与车架侧翻时候的静力分析，通过比较得到优化结果，将优化的车架进行模态分析。
由于车架看是简单实际上是比较复杂的，通过ansys软件的分析不但能满足设计的要求，而且缩短了设计的周期。
通过本次优化设计使中国FSAE赛车车架的设计能更加完美，同时通过比赛可以通过很多数据为民族汽车工业能提供很多重要的数据，进一步使民族汽车的更安全和实用。
关键词：车架；结构；静态分析；模态分析；优化设计ABSTRACTFormula SAE 1980 competition held in the first race in the United States, now is the student members of the Society of Automotive Engineers held an international event, whose purpose and designed using the Zheliang and manufactured race cars. For the purposes of this competition is to allow students to wear barrier for amateur drivers speed development and fabrication of a prototype vehicle, the original driving should have had the capacity to small batch product ion and prototype cars cost less than 25,000 dollars. The main competition includes three basic elements, namely: engineering design, cost control and static evaluation, a separate dynamic performance testing, durability testing high-performance Formula SAE competiti ons are usually the main participants from universities a convoy of students. Now in the United States, Europe and Australia will host an annual Formula SAE competition. In order to promote the national auto industry development, China started in 2010 to organize the event. This design is therefore to start, this design is mainly starting from the structure of the frame in order to allow the frame to match the car's stiffness and strength with the design and analysis, the design of the vehicle made a layout, determine the center of gravity position. And then design their own out of the use of three different frame structures Proe model, then three trailers into ansys structural analysis software for static and time frame roll static analysis, by comparing the optimized results will optimize the modal analysis of the frame. Since the frame is a simple fact to see is more complicated, not only through the analysis ansys software to meet design requirements, and shorten the design cycle. The optimal design by the Chinese FSAE car frame is designed to be more perfect, while a lot of data by race for the nation through the automotive industry can provide many important data, and further make the national car more secure and practical.Key words: Frame;Structure; Static analysis;Modal analysis; optimal Design第1章绪论1.1研究的目的和意义(1)通过此次毕业设计能为FSAE赛车提供出车架的设计方案，能填补学校在这方面的空白之处，也能为学校组建FSEA方程式赛车作出微薄的贡献。
fsae方程式赛车车架 扭转刚度
fsae方程式赛车车架扭转刚度
标题:fsae方程式赛车车架扭转刚度
在FSAE(Formula Student Automotive Engineering)方程式赛车设计中,车架的扭转刚度是一个非常重要的性能指标。
扭转刚度是指车架在受到扭转力矩作用时抵抗扭转变形的能力。
一个高扭转刚度的车架可以确保车辆在弯道过程中保持良好的操控性和稳定性。
提高车架的扭转刚度主要有以下几种方式:
1. 优化车架结构设计
采用空间支撑结构、三角形结构等设计理念,可以有效增加车架的扭转刚度。
同时,合理布置车架上的加强筋和肋板也能提高扭转刚度。
2. 选用合适的材料
一般来说,铝合金、钢材和碳纤维等高强度轻质材料可以在保证足够强度的同时减轻车架重量,从而间接提升扭转刚度。
3. 优化焊接工艺
采用高质量的焊缝设计和焊接工艺,能够确保焊缝的强度,进而提高整个车架结构的扭转刚度。
4. 有限元分析优化
利用有限元分析软件对车架进行虚拟建模和优化,可以找到结构的薄弱环节,并针对性地加强这些部位,最大限度地提升扭转刚度。
FSAE赛车的扭转刚度直接影响着赛车的操控性能。
车队需要在设计阶段就重视这一指标,通过各种手段来提高车架的扭转刚度,为赛车的整体性能打下坚实的基础。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
我校第一届 FSAE 赛车车架采用间接法构建 有限元模型。 在间接法构建有限元模型的时候，有 限元分析软件模型接口程序的好坏直接影响了模 型转换的精度，AWE（ANSYS Workbench Environment）相 较 于 经 典 的 ACE （ANSYS Classical Environment），对 于 常 见 三 维 软 件 （如 CATIA ／ UG 等 ） 建立的 CAD 模型接口更加完善［3］。 因此先将 UG 三维模型以 PARASOLID 的格式输出， 再将这种 格 式 输 入 到 ANSYS Workbench 中 得 到 的 模 型 的 质量是比较好的。
为了减少计算量， 需要对车架的网格大小进 行合理控制。 对于受力复杂的下层车架钢管划分 网 格 分 得 细 密 些 ，尺 寸 单 元 约 为 5mm，其 对 于 受 力较少的上层车架单元网格划分得粗些， 其尺寸 单元约为 25～45mm，对于与悬架硬点和发动机固 定点相连接的车架管件网格划分要更细些。
1 车架三维模型的建立
FSAE赛 车 车 架 的 几 何 模 型 是 依 据 中 国 大 学 生方程式赛车车架的结构要求来建立的车架三维 模 型 ［2］，具 体 的 技 术 要 求 如 下 。 1．1 主环及主环斜撑要求
主环必须由一根未切割的，连续的，截面形状 封闭的钢管构成， 必须从车架一侧的最低处向上 延伸，越过车架，再到达另一侧的车架最低处。 从 侧视图看， 主环和主环斜撑禁止布置在过主环顶 端垂线的同侧。 主环斜撑和主环的连接点应尽量 接近主环顶端， 连接点低于主环顶端的距离不得 超过 160mm（6．3 英寸）。 主环和主环斜撑所成夹 角至少为 30 °。 主环斜撑必须是直的，即没有任何 弯曲。 1．2 前环及前环斜撑要求
我校第一届 FSAE 赛车车架的三维模型如图 l 所示， 车架使用的材料是 4130 薄壁圆柱钢管。 前 环、主环和主环斜撑用了 25．4×2．4 规格之外，其他 全部管都是用 25．4×1．6 规格。 车架总质量 34．2kg， 车架的长、宽、高分别为 2300mm，650mm，1100mm。
接下来是有限元网格划分， 它是进行有限元 分析非常重要的一步， 直接影响着后续的数值计 算的准确性。 如果网格划分质量不好，分析的结果 与实际情况相差很大， 甚至有可能导致分析过程 被终止。 由于 ANSYS Workbench 提供了强大的网 格划分工具，便于进行网格划分，故本论文采用的 ANSYS Workbench 进行有限元分析。
力分析和模态分析，根据仿真分析结果进行结构优化和轻量化设计，最后确定我校第二届 FSAE 赛车车架，实现
车架减轻重量 8．4kg。 因此，结构优化和轻量化对赛车设计制造有重要意义。
［关键词］ 大学生方程式赛车；车架结构优化；有限元；轻量化设计
［中图分类号］ U469．6＋96 ［文献标志码］ A
［文章编号］ 1673-3142(2012)11-0037-05
38
农业装备与车辆工程
2012 年
前环必须由两个分别位于前环两侧的向前延 伸的斜撑支撑。 前环斜撑必须延伸至车手脚部之 前，其作用是保护车手腿部 1．3 前隔板要求
前隔板必须由截面形状封闭的管件构成，在 赛车的每一侧， 前隔板都必须使用至少 3 个车架 单元来向后支撑到前环，一个位于顶部（与顶端距 离 不 超 过 50．8 mm），一 个 在 底 部 ，以 及 一 个 用 来 形成三角结构的斜撑。 由前隔板、斜撑和另两个前 隔板支撑之一构成的三角结构必须点对点。
0 引言
中国大学生方程式汽车大赛 （以下简称 FSAE）由 各 高 等 院 校 汽 车 工 程 或 与 汽 车 相 关 专 业 的在校学生组队参加。FSAE 要求各参赛队按照赛 事规则和赛车制造标准， 自行设计和制造方程式 类型的小型单人座休闲赛车， 并携该车参加全部 或部分赛事环节。
汽车的轻量化， 就是在保证汽车的强度和安 全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量， 从而提高汽车的动力性和燃油经济性。 在 F1 赛车 的整个设计过程中， 设计师都在努力使车重降到 最小。 因为在最小重量上每增加 1kg，赛车跑一圈 的 时 间 就 会 多 用 0．03′；超 5kg 时 ，赛 车 跑 一 个 典 型赛程会多用 12′［1］。
The Structure Optimization and Lightweight of FSAE Car Frame
ZHOU Yong－guang， YANG Lin， WU Fa－liang， DENG Zhong－qing （Mechatronic Engineering College， Guangdong University of Technology， Guangzhou City， Guangdong Province 510006， China） ［Abstract］ The frame is the installation carrier of a race car， accounts for a great percentage of curb weight． Firstly， 3D models of the first FSAE racing car frame of Guangdong Industrial University of Technology were established． Secondly， the geometry model was imported into the finite element software to set up the finite element model of the frame， so on the base of the simulation result for the static stress analysis and modal analysis， structure optimization and lightweight design were carried out． Finally， the second FSAE racing car frame was finalized， and the mass of the frame was reduced by 8．4kg． It is very important for us to carry out structure optimization and lightweight design on the FSAE racing car frame． ［Key words］ Formula SAE； structure optimization of frame； finite element； lightweight design；
第 50 卷 第 11 期 V第ol．5500卷第No1． 11期
农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
2012 年 11 月 November 2012
doi：10．3969 ／ j．issn．1673－3142．2012．11．010
种固有频率相接近，就会发生共振现象，造成车架
出现可能会被破坏的危险情况。 因此，为了避免共
振现象的发生， 必须对车架固有振动频率和振型
进行分析， 通过调整对车架结构设计来避开以上
振源的激励频率。
模态分析是研究结构动力特性的一种近代方
最后， 在定义材料属性及进行几何模型的简 化处理后，生成网格，即得到有限元模型，如图 2。
前隔板 前环斜撑 前环 侧防撞壁
主环 主环斜撑
图 l 第一届 FSAE 赛车车架三维模型 Fig．1 Three－dimensional model of The First FSAE Frame
2 车架有限元模型（包括网格的划分）
图 3 车架应变分析结果 Fig．3 Strain analysis results of the frame
图 4 车架应力分析结果 Fig．4 Stress analysis results of the frame
结果表明： 车架结构受到的最大应力部位是 主环底部的圆管，最大应力为 37．8MPa，远远低于 车 架 所 选 用 4130 钢 管 材 料 的 许 用 应 力 为 785 MPa。 而车架整体变形量最大的地方是主环底部 钢 管，其变形量 为 0．21mm，这 种 最 大 变 形 量 远 低 于车架许可承载变形量，满足设计要求。
第 50 卷第 11 期
周永光 等： FSAE 赛车车架结构优化和轻量化
39
表 1 赛车车架上各安装部分质量 Tab．1 Mass of each installation part of racing car frame
赛车各组部分 发动机总成 传动总成 车身 车架 悬架系统及轮胎 踏板总成 转向系统 发动机水箱 油箱 电池 车手及座椅
FSAE 赛车的车架 结构需要满 足两个方面 的 要 求 ：（1）车 架 要 一 定 的 强 度 和 刚 度 来 装 配 赛 车 其 他各总成，满足比赛要求；（2）车架的固 有振动频 率需要能避开整车的各种激励频率， 得到合理的
收稿日期：2012－08－07 修回日期：2012－09－07
动态特性， 避免发生共振。 本文在对我校第一届 FSAE 赛车车架进行有限元分析的基础上，改进其 富余的强度和刚度， 实现了车架结构优化和轻量 化的设计目标。
车架弯曲工况是指赛车 4 个车轮位于同一平 面上而受到弯曲载荷时车架的应力和应变情况。 赛车手质量、底盘总成质量、发动机总成质量和车 架自身的质量所产生的载荷称之为弯曲载荷。 本 文将车架质量作为均布载荷分布到车架结构的相 应节点上的；而把赛车手质量、底盘总成质量和发 动机总成质量分别作为集中载荷按支点跨距分配 在相应管状结构节点上， 安放在车架上的各部分 总成质量如表 1 所示。