FSAE赛车前悬架仿真分析及转向节优化研究

摘要

悬架是赛车上的重要总成之一,它对赛车的各项性能有着重要的影响,尤其是对赛车的操纵稳定性影响很大,而高速赛车对操纵稳定性的要求又非常地高,所以,本文在多体动力学的基础上对前悬架进行了优化研究。另外,转向节作为赛车上的主要承载件,关系着前轮定位的大部分参数。为保证前轮的各个定位参数在赛车行驶过程中的准确性,就要使转向节具有足够的刚度和强度,但也不能使转向节过于笨重,本文在有限元分析的基础上,在保证各个参数的情况下,进行转向节优化,实现了减轻零件质量的目的。
　　 本文根据《中国大学生方程式汽车大赛规则》(2010版)要求,进行了FSAE赛车的悬架及相关零部件的设计和制造,在ADAMS/Car环境下,建立了FSAE赛车前、后悬架的仿真虚拟模型并进行了整车虚拟模型的装配,然后通过实车试验验证了所建立的虚拟模型的准确性。在此基础上运用所建立的前悬架的虚拟模型进行了仿真分析。分析了前悬架系统的车轮定位参数随车轮跳动的变化曲线,然后利用ADAMS/Insight模块对该赛车前悬架的相应定位参数进行了优化。优化结果表明:优化后的前悬架大大改善了赛车的运动学性能。此外,建立了转向节的有限元模型,并进行了静力学计算和模态分析。在此基础上提出了转向节的两种结构改进方案。综合比较两种方案的优缺点得出第二种改进方案是可行的改进方案。通过利用有限元计算的结果指导转向节的设计和优化工作,大大地缩短了转向节的设计开发的周期,降低了开发成本。
　　 本论文的研究工作为赛车的设计、制造与调试提供了重要的理论依据,也为合肥工业大学下一届赛车的制作积累了宝贵资料。文中所用到的理论与方法,对其他车辆的设计与制造也具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

致谢

第一章 绪论

1.1 中国FSAE赛事简介

1.2 本文研究的目的及意义

1.3 多体系统动力学及有限元技术的国内外研究概况

1.3.1 多体系统动力学的国内外研究概况

1.3.2 有限元技术的国内外研究概况

1.4 赛车悬架系统的国内外研究概况

1.5 课题的来源和研究的主要内容

第二章 FSAE赛车悬架的设计及虚拟模型的建立

2.1 FSAE赛车悬架概述

2.1.1 FSAE赛车悬架概述

2.1.2 FSAE赛车悬架参数

2.2 FSAE赛车悬架的设计与制造

2.2.1 轮辋的选择

2.2.2 轮胎的选择

2.2.3 轴距和轮距的确定

2.2.4 初始运动学设计和优化

2.2.5 三维模型建立和空间安装

2.2.6 悬架零件强度分析

2.2.7 悬架零部件加工和组装

2.3 FSAE赛车整车虚拟模型的建立

2.3.1 ADAMS软件简介

2.3.2 车辆建模参数准备

2.3.3 前悬架仿真虚拟模型的建立

2.3.4 后悬架仿真虚拟模型的建立

2.3.5 整车虚拟模型的装配

2.3.6 虚拟模型的验证

2.4 本章小结

第三章 FSAE赛车前悬架仿真及优化

3.1 前悬架的仿真

3.2 前悬架的优化分析

3.3 本章小结

第四章 FSAE转向节有限元分析及优化

4.1 FSAE转向节概述

4.2 有限元法的基本理论与方法

4.2.1 弹性力学的基本假定

4.2.2 弹性力学问题

4.2.3 有限元软件的介绍

4.3 有限元模型的建立

4.3.1 模型处理

4.3.2 网格划分

4.3.3 约束和加载

4.4 有限元分析计算

4.4.1 静力学计算

4.4.2 模态分析

4.5 本章小结

第五章 FSAE转向节的结构改进设计

5.1 转向节改进概述

5.2 转向节的第一种改进方案

5.2.1 转向节的改进方案的总述

5.2.2 转向节改进后的有限元分析

5.2.3 第一种改进方案的优缺点

5.3 转向节的第二种改进方案

5.3.1 第二种转向节的改进方案总述

5.3.2 第二种改进方案的转向节有限元分析

5.3.3 第二种改进方案的优缺点

5.4 不同改进方案的总结

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

硕士期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间发表的论文