FSAE赛车车架结构动态特性分析与优化设计

摘要

赛车车架不仅承受着来自赛道的各种复杂载荷,也是其他总成部件的安装基础,其结构对于赛车的安全性、动力性、操纵稳定性等有着很大的影响。赛车车架应具有足够的刚度、强度以保证其装配和使用要求,还应具有合理的动态特性以控制振动和噪声,同时车架结构尽可能轻巧,以提高赛车的动力性。因此车架结构的优化设计是赛车总体设计中非常关键的环节。
　　论文采用理论分析与试验测试相结合的方法,以有限元分析软件 HyperWorks、LS-DYNA作为理论计算工具,用DASP振动模态测试分析系统和 e-DAQ应力测试数据采集系统为试验测试工具,对方程式赛车车架进行了比较全面的静、动态力学特性分析,完成了赛车车架结构的优化设计。
　　论文主要工作:首先,建立了车架结构的有限元模型,对车架进行了有限元模态分析、强度和刚度特性分析,并通过模态测试分析验证了赛车车架有限元分析模型的正确性,通过理论计算和实际测试掌握了车架的应力分布特点,发现了车架设计的不足之处。其次,建立了赛车整车的40％偏置碰撞模型,使用LS-DYNA软件对赛车整车进行了正面偏置碰撞仿真分析,掌握了整车变形、加速度及吸能情况,碰撞分析结果表明赛车的安全保护性较差,座椅处的安全保护装置需要加强。最后,对车架进行了基于刚度和模态灵敏度分析的结构优化设计,使车架重量减轻了3.217kg。
　　论文成果已经应用到第三代赛车车架的结构设计中,指导了新一代赛车的设计,对提高方程式赛车的设计制造水平具有重要的实际意义。

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第1章 引言

1.1 课题背景及研究目的

1.2 FSAE赛车技术研究现状

1.3 课题研究的主要内容

第2章 赛车车架有限元模型建立

2.1 有限元法分析步骤

2.2 有限元法的误差

2.3 赛车车架有限元模型的建立

2.4 本章小节

第3章 赛车车架模态特性分析

3.1 模态分析的基本原理

3.2 车架有限元模态计算与分析

3.3 车架试验模态测试与分析

3.4 有限元模态与测试模态对比

3.5 本章小结

第4章 赛车车架结构强度性能分析

4.1 车架强度测试与分析

4.2 试验结果与仿真结果对比分析

4.3 车架刚度仿真计算分析

4.4 本章小节

第5章 赛车40%ODB碰撞仿真分析

5.1 碰撞非线性有限元基本理论

5.2 赛车40%ODB碰撞有限元模型

5.3 40%正面偏置碰撞仿真结果分析

5.4 本章小节

第6章 车架结构灵敏度分析及优化设计

6.1 优化设计理论基础

6.2 车架结构优化设计过程

6.3 优化结果评判

6.4 本章小节

第7章 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

参考文献

个人简历 在学期间发表的学术论文

致谢