FSAE赛车车架刚度特性分析-论文.pdf

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1、第22卷第3期厦门理工学院学报Vo1．22No．32014年6月JournalofXiamenUniversityofTechnologyJun．2014FSAE赛车车架刚度特性分析彭倩，韩锋钢，洪汉池，郭福森2(1．厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦f-3361024；2．厦门威迪思汽车设计服务有限公司，福建厦f-3361024)[摘要]车架刚度及发动机悬置安装点动刚度是影响FSAE赛车振动性能的重要因素，通过建立某FSAE赛车车架有限元模型，进行车架扭转刚度及悬置安装点动刚度分析，研究车架静态与动态刚度性能．结果表明：增大车架驾驶舱

2、段截面可有效提高扭转刚度；悬置安装点各向动刚度值以纵向最大，横向最小．结合模态振型及加速度响应曲线能够较好地反映发动机舱的振动特性．【关键词]FSAE赛车；车架；扭转刚度；动刚度；悬置安装点；加速度响应[中图分类号]U469．696[文献标志码]A[文章编号]1673—4432(2014)03—0007—05FormulaSAE(FSAE)是一项面向大学生的综合性工程教育赛事，自1978年开办以来，在全球范围内得到了广泛的开展．FSAE赛道复杂、行驶速度高，不仅考验驾驶员的体力及驾驶技术，而且对赛车的综合性能提出了很高的要求．由于赛道中弯道

3、密集、壁障过多，赛车承受来自各向不均衡的载荷，随之造成车架变形、噪声振动等问题，因而严重影响驾驶员的舒适性和操纵强度．发动机振动及车架刚度不足是引起FSAE赛车振动噪声的重要原因．FSAE赛车为典型的单人座敞开式结构，行驶过程中赛车发动机和路面的激励通过车架的连接点、座椅等部件向驾驶舱传递，因此车架的刚度特性严重影响整车的噪声振动特性及驾驶员的舒适性．目前，国内NVH的研究主要集中在轿车及客车领域，赵帅等基于线性静力学对FSAE赛车车架进行强度及静刚度分析¨；付长虎等根据模态及频率响应分析得到某轻客车身关键点的振动响应，并由此提出降低车身振

4、动的措施；-廖抒华等通过车身关键点的动刚度分析，为关键点的减振提供重要的理论依据j．NVH作为车辆研发中的关键共性问题，在FSAE赛车开发领域还有待更深入的研究．针对某FSAE赛车车架变形、剧烈振动的问题，本研究对其车架的刚度性能进行深入探索，进行了车架扭转刚度分析及发动机悬置安装点动刚度分析，提出了改进扭转刚度的措施，并为发动机减振衬套的选用提供基础数据．1理论基础1．1静刚度分析车架的静刚度包括扭转刚度和弯曲刚度．扭转刚度可用车架在扭转载荷作用下产生的扭转角大小来描述；弯曲刚度可用车架承受垂向载荷时扰度大小来描述．在车架设计时，应考虑实

5、际行驶中的最大变形量，通常车架在极限扭转工况下变形量最大，因此本研究只考虑车架的扭转刚度．扭转刚度指标是设定车架静刚度目标、评价NVH、结构耐撞性和疲劳耐久性等性能的基础指标．车架的扭转刚度分析就是模拟车辆在不平路面上行驶时车架承受的扭转情况．约束条件为：约束车架后悬架硬点、】，、z方向的自由度；前悬架左轮心等效点施加z轴正向[收稿日期]2014—04—30[修回日期]2014—06—17[基金项目]厦门理工学院高层次人才引进项目(YJK13002R)；厦门理工学院对外科技合作交流项目(E201300800)；厦门理工学院国家基金预研项目(

6、XYK201427)[作者简介]彭倩(1982一)，男，讲师，博士，研究方向为汽车结构性能分析．E—mail：pengqian603@163．eom厦门理工学院学报位移6=0．1mm，右轮心等效点施加z轴负向位移6：=0．1mm．由此得到前悬架左、右等效点的支反力为。、F：，根据式(1)计算得到扭转刚度．其中L为前悬架左右轮心等效点的距离．rT=IF1+I／l6l+62lXw／360．(1)1．2动刚度分析1．2．1频率响应分析频率响应分析用于研究线性系统在不同频率正弦激励下的稳态响应特性，按响应类型可分为位移、速度和加速度频率响应分析，按

7、求解方法可分为直接法和模态法．发动机悬置安装点的动刚度通常采用加速度频率响应法进行评价．发动机安装处的载荷大小和方向随赛车运行状态在宽频内变化，因而要求该安装点的刚度特性也应具有随频率而变化的动态特性，即在低频内要求具有较大刚度来满足由于工况变化和路面不平等低频冲击引起的过大位移时的平衡需要；而在中、高频内要求具有合适的阻尼且其刚度不应该太大，以便衰减发动机传人车架的振动5j．假设车架为n个自由度系统，其振动微分方程为。。^+(K+jG)=Fe．(2)式(2)中：为质量矩阵；G为结构阻尼矩阵；K+jG为复刚度矩阵；F为激励的幅值矩阵．对式(

8、2)进行解耦、坐标变换，可以得到位移响应函数：=∑T／(jc一∞m。+Jnk)F．(3)同样地，可得到加速度响应函数：互=一∑to2~oT／(1一A+j'7)．(4)式(4)中A