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1、FSC赛车车架结构拓扑设计及轻量化研究摘要结构的拓扑设计和轻量化研究，是当今汽车行业设计的主流发展方向。把结构拓扑设计理论和轻量化方法融入到车架设计中，能够得到新形式、轻质量的车架结构。本文运用连续体拓扑优化设计理论，针对FSC赛车车架进行结构拓扑设计。结合竞赛规则、汽车人机工程学和车架总布置三方面因素，运用结构拓扑设计方法，得到新形式的赛车车架结构。之后，对车架圆管壁厚进行尺寸优化，以使车架在结构合理的前提下获得更低重量。通过强度、刚度、振动模态分析后，车架结构从概念性的层面上升到了具有实际应用价值的层面。纵观设计的总体过程，主要得出以下结论：（
2、1）车架结构拓扑设计方法要应用在设计的初始阶段，相比传统方法，拓扑设计的车架结构，组件数目明显减少，结构工整，不会出现赘余结构，能够合理、有效的利用特定空间。（2）拓扑设计过程中，增大约束函数值，计算收敛的迭代次数增多，收敛难度加大。通过迭代计算，可以得到车架在不同约束函数下的材料分布云图。说明，结构拓扑设计方法能够应用在赛车车架结构设计中。（3）通过计算分析，验证车架结构在六种工况下满足强度要求。车架弯曲刚度和扭转刚度均在合理设计值范围内。体现出所建立车架三维模型的合理性。（4）通过对车架进行轻量化研究，车架重量从最初设计值29.9kg减小到23
3、.4kg，降重幅度达21.7%。相比中北大学现有赛车的车架重量32kg，降重幅度达26.9%。表明，本文所研究内容的有效性。本文首次把结构拓扑设计法运用到FSC赛车车架结构设计中，具有一定的探索性和创新性。在赛车车架结构拓扑设计和车架轻量化研究过程中，可为赛车车架设计提供参考性。关键词：FSC赛车，车架，结构拓扑设计，轻量化ResearchedonFrameStructureofFSCRacingCarBasedonTopologyDesignandLightweightMethodsAbstractInmodernautomotiveindust
4、ry,themaindirectionofdesignistopologydesignandlightweightofstructure.Putstructuraltopologydesigntheoryandlightweightmethodsintotheframedesign,cangetthenewform,thelightweightframestructure.Inthispaper,designtheframestructureofFSCracingcarbyusingthetheoryofcontinuumtopologyoptim
5、ization.Combiningwiththecompetitionrules,automotiveergonomicsandframelayoutinthedesignofframe,usingthestructuraltopologydesignanewformofframe.Then,optimizationthecircularpipewallthicknesssizeonthenewframe.Throughtheanalysisofstrength,stiffness,vibrationmode,theframestructureri
6、singfromtheconceptualleveltothepracticalapplicationvaluelevel.Fromthewholeprocess,themainconclusionasfollowing：（1）Frametopologydesignmethodtobeusedintheinitialstagesofdesign.Comparedwiththetraditionalmethod,theframedesignoftopologydoesn'tappearredundantstructure,andthecomponen
7、tsreducedobviously,usingthespecificspatialregionrationalandeffective.（2）Intopologydesignprocess,increasingtheconstraintfunctionvalues,thenumberofiterationsofoptimizationdesigncalculationconvergenceincreasesandconvergencedifficulty.Throughiterativecalculation,gettheframemateria
8、loptimaldistributionnephogramindifferentconstraintfunction.De
