基于有限元的新型赛车车架的强度及刚度计算与分析.pdf

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1、·机械制造与研究·兰新武·基于有限元的新型赛车车架的强度及刚度计算与分析基于有限元的新型赛车车架的强度及刚度计算与分析兰新武(株洲职业技术学院，湖南株洲412001)摘要：在新型赛车的开发设计中，计算与分析车架结构合理性及其结构静态强度和刚度，是一项重要工作。以赛车车架为例，对其进行静力学分析，计算赛车车架的强度和刚度的极限位置，保证赛车车架结构强度等要求，对提高整车性能具有一定的参考价值。关键词：车架；有限元；强度；刚度中图分类号：TH114；U469．696文献标志码：B文章编号：1671—5276(2011)01-0035-03CalculationandAn

2、alysisofRacingCar’SFrameStrengthandStifnessBasedonFiniteElementMethodLANXin．Wll(ZhuzhouProfessionalTechnicalColege。Zhuzhou412001，China)Abstract：Duringthenewstyleracingcar’sdesign，itisanimportanttasktoanalyzethereasonablenessoftheracingcar'sframestructureandcalculateitsstaticstrengthand

3、stifness．ThispapertakesthesecondgenerationracingcardesignedbyXMUTforex-ampleandobtainsthemaximumcar'sframestrengthandstifnessbystaticanalysisoftheframe．Thiscanensurethestructuralstrengthofcar'sframeandimprovethewholeperformanceofracingcar．Keywords：frame；finiteelementmethod；strength；sti

4、fness0引言赛车车架属于非承载式车身，所以车架结构强度影响整车的性能，如安全性、动力性、操纵稳定性等，它是整车安装的基础，必须确保车架强度、刚度。现以新型赛车车架为例，计算与分析其静态强度、刚度。l车架的结构特点及其要求l一前仓壁；2一前防撞臂支撑；3一前圈；4一侧面防撞杆；5一主圈；6-一翻车保护杆支撑本设计的赛车的技术要求：图1车架的几何模型1)车架必须有一主圈，围绕着驾驶员躯体周边并在其后面的翻车保护杆，必须是一段未经切割的，连续的、封闭钢管。外径尺寸为25．0mm。2车架有限元模型2)同时需有一前圈，位于司机的腿上方，靠近方向盘的翻车保护杆。外径尺寸为2

5、5．0ITlm。目前，利用计算机技术，采用数值方法求解工程中的3)具有被动安全性结构，翻车保护杆支撑和侧面碰问题，已是行之有效的办法，而利用有限元法解决机械工撞结构，一种位于前保险杆前面防撞块，可以变形并吸收程与汽车等方面的工程问题，是最经济和节省时间的方能量的装置。法⋯。在建立有限元模型之前，需要完成的工作有：4)前保险杆是一种平面结构，确定了车架主要结构1)分析明确所研究对象的结构特点：如前所述确定框架的前平面和功能，为了提供保护驾驶员的脚。求解对象的技术条件要求、结构型式和尺寸要求、边界条5)前仓壁及其支持系统，所有车架单元、导架和支撑件、载荷施加等，利用CA

6、E分析软件与三维建模软件的接的结构符合规定。口技术，将其三维几何模型的IGES格式导入HY—根据以上要求，利用三维设计软件建立了第二代赛车PERMESH软件中。车架的几何模型如图1所示。2)HYPERMESH软件最显著的特点是具有强大的有作者简介：兰新武(1967～)，男，湖南株洲人，工程师，硕士，主要从事机电设备的教学工作。MachineBuildingAutomation，Feb2011，40()：35—37·35··机械制造与研究·兰新武·基于有限元的新型赛车车架的强度及刚度计算与分析限元网格的前、后处理功能，以不同截面形状钢管材料制从图3中可以看出，车架在前

7、后部分变形较小，在中成的赛车车架，选择单元类型时，以梁单元为主，少数的壳部变形较大，因为赛车的大部分的质量加在中间的部分。单元。为了方便施加载荷和边界约束，在确定单元尺寸过车架前部和后部的刚度较大，中部的刚度较小。从整体结程中，可将低层车架单元网格划分细密些，单元尺寸约为构上看，这样的强度分布是比较理想的。这是因为车50mm。而上层车架单元网格划分的粗些，单元尺寸在架前部较大的刚度可以有效地减小车架变形对汽车转向200—300mm之间。在前圈和主圈及底层有曲线要求的几何特性的影响，有利于汽车的行驶操纵稳定性。对于车部分，为保证计算的精度，网格划分更细些。在低层有