基于ANSYS的FSAE电车车架有限元分析.pdf

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1、设计研究汽车实用技术AUTOMOBILEAPPLIEDTECHNOLOGY2017年第1期2017N0．110．16638／j．cnki．167卜7988．2017．02．016基于ANSYS的FSAE电车车架有限元分析蒙绍夫，杨涎林(长安大学，陕西西安710064)摘要：根据《中国大学生方程式汽车大赛规则》的要求，利用cATIA对FSAE赛车车架进行建模；利用ANSYS对车架的刚度、强度及模态进行分析，获得车架在不同工况下的变形量和强度载荷及不同阶数的固有频率和振型，证明车架设计满足要求。关键词：FSAE；车架；有

2、限元；强度；刚度；模态分析中图分类号：U463．32文献标识码：A文章编号：1671—7988(2017)02—46—04FiniteElementAnalysisofFSAERacingCarFrameBasedonANSYSMengShaom，YangXianlin(Chang’aIlUniversity，ShaanxiXi’aIl710064)Abstract：Accordingtot11emlesofFo肋ulaStudentsChina，modelingmeFSAEcar行amebyCATIA；1hesti

3、丘hess，sb旧ngtllandmodeofthe仔ameareanalyzedbyANSYS．The仃ame’sdefomation，strengtllandnlena_cural矗equencyandmodeofvibrationinthedi丘宅rentconditionsareobtailled，whichprovesthatthe劬medesignmeetsmerequirements．Keywords：FASE；frame；6nite；s仃ength；stilfness；modalanalysisCLC

4、No．：U463．32Do伽mentCode：AAnideID：167l·7988(2017)02-46一04刖舌中国大学生方程式汽车大赛旨在由各大学车队的本科生和研究生构想、设计、制造、开发并完成一辆小型方程式赛车并参加比赛。要求在一年内设计出在加速、制动和操控性方面具有非常优异的表现，同时又必须具有足够的耐久性以顺利完成规则中提及的比赛的赛车。FsAE赛车的车架是赛车的总要组成部分，是整辆赛车的载体。车架的优劣直接影响了赛车的整车重量和整车性能。一个设计合理的车架必须在满足规则的情况下具有较高的强度和刚度且质量不

5、至于过重。同时，为避免共振现象的发生，车架的各阶固有频率应避开赛车的激励频率。本文利用ANsYs对长安大学第一代纯电动方程式赛车车架进行强度、刚度及模态进行分析，为赛车的安全性能提供理论依据。作者简介：蒙绍夫，就读于长安大学。1、三维模型的建立图1车架的线框模型图2车架三维模型根据《中国大学生方程式汽车大赛规则》的要求，在47汽车实用技术2017年第2期cAllA中建立车架的三维线框模型如图1所示，并为线框模型赋予相应的截面属性。最终建立出来的三维模型模型如图2所示。2、有限元模型的建立将在cATIA中建立的线框模型

6、模型导入ANSYSWbrkbench模块中，并利用概念建模功能为模型赋予相应的截面属性。建立出来的车架模型如图3所示。if‘、图3车架模型在建立车架的有限元模型时采用梁单元以及实体单元建立模型，经过验证可以发现在单元尺寸(Elementsize)设定为5mm时，使用实体单元时单元数为846939，节点数为1918802：使用梁单元时单元数为9160，节点数为18252。同时通过对比求解结果可以发现两者计算所得结果相差很小，因此在车架分析中使用梁单元更加节省计算资源。通过试算，确定网格时单元尺寸定为5mm，网格情况如图

7、4所示。车架材料为4130钢，密度，杨氏模量E=211GPA，泊松比v=0．29，屈服强度=785MPA。图4车架网格模型3、车架刚度分析车架的扭转刚度是车架的一个十分重要力学性能评估指标，扭转刚度的大小决定了赛车在通过扭曲路面时的悬架硬点精度，因此，车架的扭转刚度对车架的优化设计具有重要的指导意义。在分析车架扭转刚度时，约束住车架上后悬架安装点的x，Yz方向平动自由度，同时在车架与左、右前悬的安装点处分别施加z方向的+500N、．500N的力。接下来对车架的有限元模型进行求解，得到的分析结果如图5所示。潞』图5车架

8、车架扭转刚度分析Z方向变形云图由分析结果可得，左右前悬安装点处的位移=1．3890mm，=1．1809mm。根据式(1)可计算出扭转刚度。CT=L27[1807Fh(1)式中：CT为扭转刚度，F为载荷；L为力臂；h为挠度；其中：h=(h1+112)／2=1．28mm，L=0．369m。将F=1000N，L=0．396m，=0．00128m代入计