开题报告-赛车车架模态分析与轻量化设计

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1、毕业设计（论文）开题报告书课题名称赛车车架模态分析与轻量化设计学生姓名马冬学号1241103014系、年级专业机械与能源工程系2012级车辆工程专业指导教师张彬2015年12月20日一、课题的来源、目的、意义（包括应用前景）、国内外现状及水平1.1课题来源:课题来源于生产实际，通过对赛车车架的模态分析减少整车振动和减轻车架质量，使赛车避免发生共振，解决赛车赛车的能耗和成本实际问题。1.2课题的目的和意义：目的：为了使赛车的动态特性和重量达到一定的匹配效果，借助ANSYSWorkbench分析平台对车架进行了自由模态和约束模态的数值模拟，

2、得到车架的固有频率和振型，最后借助车架各管件截面对固有频率的灵敏度分析，对车架进行了尺寸优化，使车架质量得到降低，并且避免发生共振。意义：赛车车架的模态分析对于减少整车振动和提高动态性能具有重要意义，而轻量化则减小了赛车的能耗和成本。为了使赛车的动态特性和重量达到一定的匹配效果，借助ANSYSWorkbench分析平台对车架进行了自由模态和约束模态的数值模拟，得到车架的固有频率和振型，最后借助车架各管件截面对固有频率的灵敏度分析，对车架进行了尺寸优化，使车架质量得到降低，并且避免发生共振。1.3国内外现状及水平：目前，国内外对车辆结构的

3、设计和研究，特别是对车架的设计已经不再像以前一样是依靠经验来设计的，现在越来越多的人运用诸如如有限元分析等进行车辆结构的设计。在国内运用有限元方法对赛车车架结构进行分析起步较晚，发展较慢。20世纪60年代中后期，国外开始把有限元运用到结构分析中。R.J.Helosh等人发表了一系列关于汽车有限元模型建立及处理的文章，成为今后研究汽车有限元问题的开端。70年代，美国宇航局把NASTRAN用于车架的结构分析中，在有限元静态分析、动态分析的基础上对车架进行了优化，在保证各项性能的前提下降低了赛车车架质量，它是最早的车架轻量化研究[1]。197

4、7年，Kamal和Wolf在小型客车模型上用有限元法进行了分析。90年代以后，国外专家也相继对车架的设计做了研究。Niiyama、Ao.Kazuo等人利用优化方法改进了车架结构，设计出的新车架比原车架具有更好的静态特性[2]。有限元进入高速发展时期，成为主要的分析形式。美国通用汽车公司在根据现有有限元分析软件的基础上，自主研发了一些后处理软件，并用作研究发动机与道路激励的分析上，与之前的分析过程相比，简化程度显而易见[3]；美国福特公司利用有限元软件对汽车NVH性能进行分析[4]。近些年以来，国外专家对车架有限元方面进行了持续的关注及研

5、究。目前，车架有限元技术在国外应用比较广泛，通过积累得到了大量研究成果。Beermann利用梁、板单元对汽车车架的横梁与纵梁的连接处进行了有限元模型的简化[5]；ElliotBrinkworth、BlakeSiegler对赛车碳纤维车身进行了描述，并讲解了关于车身刚度分析的过程，成为赛车车身研究的起点[6]；WilliamB.Riley等人做了FSAE车架的分析与试验，分析了路面激励对车架的影响[7]；PJMasaoIshihama、ShingoIizuka等人根据车架仿真结果，对车架结构进行优化设计，实现了车架轻量化[8]；Brian

6、Auer、JaredMcCombs等人描述了车架设计的总体过程，并对车架结构进行了有限元分析及优化，优化后车架保持较好的性能[9]。RyoMasutani、DaisukeIto.等人对汽车进行有限元分析，并根据结果对车架实现了轻量化设计[10]。我国利用有限元的方法研究汽车起步较晚，相对来说比较落后，但是通过研究人员的不断努力，骨安涛、常国振等较早地将有限元法引进汽车车架的设计工作中；郑兆昌等人利用大型结构软件对货车车架进行了动态分析，并进行了静强度和刚度的分析[11]；马迅将车架模型简化成梁结构，进行了车架刚度和模态的分析，借助车架管

7、件横截面对车架进行优化，降低车架质量[11]；于国飞等人利用梁单元对赛车车架进行网格划分，为优化设计提供了参考[12]，这是国内首次将有限元法应用到赛车车架的分析中；赵文娟利用有限元软件对赛车车架作了静态分析，提出了利用车架的模态分析结果直接对车架结构动态特性进行评价的方法[13]；姜立嫚对赛车车架进行静态结构分析和模态分析，得到相应的应力及位移分布，并对正面碰撞进行模拟，根据以上结果对车架进行优化，实现了车架的轻量化[14]。于国飞、黄红武等人利用有限元软件对方程式赛车车架的强度及刚度进行了计算，分[15]，并利用分析结果指导车架设计

8、，在中国第一次将有限元技术应用到大学生方程式赛车车架的分析[15]，尽管我国汽车产业起步较晚，利用有限元分析的技术方法相对来说存在差距，但是仍然具有很大的发展空间。随着计算机技术的普及和发展，使得这种应用十