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1、FSC车架静态性能的有限元分析与试验验证第卷第期..湖北汽车工业学院学报年月.:...?...车架静态性能的有限元分析与试验验证阳文君.郭振辉湖北汽车工业学院汽车工程系,湖北十堰摘要:利用试验测试车架挠度,验证该一况下大学生方程式赛车车架有限元模型的正确性。在此基础上对车架的弯曲静载、转弯、刹车工况及扭转刚度进行有限元仿真,保证了结果的可靠性。通过数值分析说明车架强度、刚度满足设计要求。关键词:;车架;测试;有限元中图分类号:.文献标志码:文章编号:???,.,,,:.,,..:;;;中国大学生方程式汽车大赛宗旨是让本文
2、将有限元仿真技术与试验验证相结合.验在校大学生开发制造一辆原型车,完成动态性、耐证模型在试验工况的正确性.在此基础上对车架的久性、经济性的赛事测试?我校于年参加了特殊工况及扭转刚度进行了仿真分析。第二届中国赛现参赛赛车中有少部分车队使用承载式车身.试验工况下有限元模拟分析利用碳纤维制作承载式车身通过加强车身悬架硬点、减震器支撑点等位置的局部结构.达到所需的.模型的建立强度从而具有承载能力。但因其设计复杂、制造工我校第一次参赛车架实体如图所示.包含艺较难、成本大.在大赛中尚未普遍采用我校个带有斜撑的防滚架主环、前环、有支撑
3、系统赛车采用非承载式车身及桁架式车架车架是和缓冲结构的前隔板.以及侧边防撞结构选用主要承载部件,承担比赛转弯、急刹车等苛刻工况满足赛事要求的合金钢钢管?为便于加工.中车上各总成的重量、地面载荷及惯性力等.要求外径统一为材料的弹性模量为.泊车架具有足够的强度、适当的扭转刚度以及较轻的松比为.,密度为.~,屈服极限为质量,以满足赛车加速性、安全性等性能要求。采用四边形及三角形壳单元进行离散.收稿日期:?基金项目:湖北汽车工业学院大学生创新实验项目第卷第期阳文君,等:车架静态性能的有限元分析与试验验证一一试验对车架底面的个点进
4、行铅垂方向位移管件焊接部分采用刚性单元模拟连接.有限元模型如图所示。挠度的测试。其中点布置在车架同一侧底架钢管上.以观察车架底边纵梁的整体连续变形趋势。在车架的另一侧底边纵梁上布置点、点,对应点、点的位置,用以观察车架变形的对称性。点、点则布置在底边横梁驾驶员和发动机的主要受力位置上.用以测量主要受力位置的变形情车架实体图车架有限元模型图图赛车车驾实体与有限元模型图况测试点布置位置示意图如图所示.边界条件的确定对应试验边界条件.车架的约束施加在双横臂后悬的下横臂固定点。释放所用的转动自由度.限制车架后悬个平动自由度约束前
5、悬下横臂固定点.释放转动及沿车架纵向的平动自由度试验载图测试点布置位置荷仅模拟发动机及驾驶员自重.在发动机质心位置建立质量单元.通过刚性单元与发动机支撑的四点.试验方法进行刚性连接。以相同的模式建立驾驶员质点和连试验通过个支架在车架前后悬架的下横臂接,发动机和驾驶员质量分别为和。连接位置进行支撑.即前舱纵梁和发动机舱横梁.有限元结果处.两支架支撑开口方向相互垂直.以此完全限制在试验工况下.车架的位移及应力了车架的平动自由度.形成简支梁支撑形式。用砝如图所示.最大位移点位于主环的最高处,达码模拟驾驶员和发动机质量对车架的载
6、荷作用.试..从主环最高点和主环斜撑支撑点向下,变验中进行逐级加载.用以试验中考察变形的线性关形量逐渐减小。驾驶舱因为车架要承受驾驶员的重系在铁地板上固定磁性表座.表座上安装百分表力.在座椅与车架的连接处.出现近.的变测量测点的垂直位移形车架最大应力点位于驾驶舱中部两.试验结果分析侧的连接处,大小为。悬架、发动机、座椅与试验逐级过程中.同一点的变形成线性规律。车架的固定点处、钢管焊接处应力次之,在表中测点卸载后变形数据值在误差范围内。试验附近.远离连接处的应力逐渐减小。与试验测点测过程满足要求。试验数据如表所示。从图中可
7、点选取在后面介绍对应的位移数据见表。以看到车架有限元仿真和试验测试的变形趋势极为吻合,支撑附近点、、挠度较小,中间部分点、、挠度大,点附近为车架底边纵梁挠度霞最大位置.符合简支梁在中部受力时的变形趋势。表试验数据位移云图应力云图图试验工况有限元分析云图表车架试验工况测点铅垂位移测点号铅垂方向位移.....测点号铅垂方向位移.....试验分析.测点布置一一湖北汽车工业学院学报年月车架特殊工况的有限元分析。.弯曲静载工况毒.?弯曲静载工况为满载车辆在水平静止路面上嚣一的受力状态.主要承受发动机总成、驾驶员重力。约.束与实车对
8、应.对双横臂结构前后悬架与车架的测试点处连接点施加边界条件约束.约束后悬个平动自图车架单侧变形趋势图由度和前悬竖直及横向个自由度考虑动载影点垂向位移因为驾驶员和发动机的载荷主要集中响.选取安全因数为.即采用的重力加速度进在车架的中后部分.在重力作用下点绕前悬支座行计算静载工况下位移云图及应力云支点转动,使得点的挠度向
