fsae电车车架的结构分析

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1、FSAE电车车架的结构分析陈　帅　王正伟　江　深　蒲　雨（湖北汽车工业学院，湖北十堰442002）【摘　要】为保证湖北汽车工业学院HUATE纯电动方程式赛车安全可靠，利用ANSYS建立车架有限元模型，分析车架受载时以及各种工况下车架的强度和刚度，将分析数据与已有数据进行分析对比，证明车架设计满足要求，为赛车的安全提供理论依据。.jyqkeCHENShuai　o）焊接而成，材料属性：弹性模量E=2.1e11Pa；泊松比μ=0.28；密度ρ=7850kg/m3；抗拉强度σb≥930Mb；屈服极限σs≥785Mb；

2、车架静态载荷主要来自于车架自重和负重（包括电机总成、驾驶员、电池等），在进行载荷处理时，车架自重通过重力场施加在车架上，车架负重可简化为施加在支撑处的集中载荷，车架载荷如下表；弯曲工况为车辆满载时在良好水平面上匀速直线行驶的状态。当计算弯曲工况时车架承受的静载荷需乘与动载系数，一般为2.0～2.5[3]，此处采用2.5。赛车前后悬架均采用双横臂独立悬架，在分析过程中，采用约束后悬架与车架连接硬点X、Y、Z3个方向平动自由度，约束前悬架与车架连接硬点Z方向平动自由度，释放所有硬点转动自由度。弯曲工况车架变形及应

3、力如下图所示：由分析结果可知，弯曲工况下最大变形发生在座舱底部杆件上，最大位移量为1.624mm；最大应力发生在前环下端与侧防撞焊接点处，最大应力为134.761MPa，远小于材料屈服极限。因此，在弯曲工况下车架强度满足要求。1.2　制动工况分析赛车在赛道上遇到紧急情况时需要紧急制动，紧急制动时车架除受自重及负重外还受到纵向惯性力作用。分析过程中，约束前悬与车架连接硬点X、Y、Z三个方向平动自由度，约束后悬与车架连接点Z方向平动自由度，取动载系数1.5，制动减速度为7.84m/s2。制动工况时车架变形及位移如

4、下图所示：制动工况下最大车架最大变形位移发生在侧防撞底部杆件，最大位移量为0.9895mm，最大应力发生在前环底端与侧防撞焊接点处，最大应力为100.029MPa，低于材料的屈服极限，处于安全范围内。1.3　转弯工况分析赛车在赛道上高速转弯时，由于离心力作用，赛车会受到侧向加速度作用，以赛车右转为例分析。分析过程中约束前悬架与车架连接硬点X、Y、Z三个方向平动自由度，约束左后悬架与车架连接硬点Y、Z方向平动自由度，约束右后悬架与车架连接硬点Z方向自由度，取动载系数1.5，向左侧加速度20m/s2。转弯时车架变

5、形及应力如下图所示：转弯工况下车架最大位移变形发生在电池侧防撞底部，最大位移量为1.729mm，最大应力发生在前环底部杆件焊接点，最大应力为86.142MPa，低于材料的屈服极限，处于安全范围内。2　车架刚度分析车架扭转刚度分析：车架扭转主要分析一侧车轮骑障或悬空时车架所能承受的极限载荷，车架扭转发生在赛车低速通过崎岖不平路面时。在分析车架扭转刚度时，约束车架与后悬架连接硬点X、Y、Z三个方向的位移约束，在车架与前悬架连接硬点处施加2个方向相反的5mm强制变形，通过仿真分析计算给硬点的作用力F。扭转变形示意图

6、：对比国内外FSAE设计资料可知，大多数学校车队赛车扭转刚度在1000～4000N*m/°[1]，由上述分析可知，该车架扭转刚度为2848.5N*m/°，因此车架扭转刚度满足比赛要求。3　总结本文以湖北汽车工业学院HUATE车队第一辆纯电动方程式赛车车架为研究对象，通过理论分析，该车架有较高的强度和刚度，完全能满足赛车的安全要求，依据该车架模型，车队通过焊接完成车架实物，并圆满完成比赛。.jyqk].3版.北京:机械工业出版社，2009，2.［３］李国建.车架强度的计算及动载系数的使用[J].专用汽车，199

7、3，3:19-21.［４］邝坤阳.FSAE赛车车架的结构分析与优化[D].合肥工业大学，2011.［５］刁秀永，鲁植雄，钟文军，谢鹏.基于ANSYSWorkbench的FSAE车架有限元分析[J].农业装备与车辆工程，2013，4，51(4):22-25.［责任编辑：汤静］