基于有限元的FSAE赛车车架的强度及刚度计算与分析.pdf

　第 17卷 　第 4 期 厦门理工学院学报 Vol. 17　No. 4 　　2009年 12 月 Jou rnal of X iam en U n iversity of Technology D ec. 2009 基于有限元的 FSAE赛车车架的强度及刚度计算与分析 于国飞 , 黄红武 , 吴俊辉 (厦门理工学院机械工程系 , 福建 厦门 361024) [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. 以我院开发的第二代 FSA E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 , 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 ] FSA E; 车架 ; 有限元 ; 强度 ; 刚度 [中图分类号 ] U4696 + 96; O24 182 [文献标志码 ] A [文章编号 ] 1008 - 3804 (2009) 04 - 029 - 04 FSA E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. 现以我院自主设计与制造的第二代赛 车车架为例 , 计算与分析其静态强度 、刚度. 1　车架的结构特点及其要求 本此设计的赛车是为参加国际大学生方程式而准备的 , 赛事对赛车各主要部分均有详细而严格的 ① 技术要求 : 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 , 而且 , 必须是一段未 经切割的 , 连续的、封闭钢管. 外径尺寸为 250 mm. 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 250 mm. 3) 具有被动安全性结构 , 翻车保护杆支撑和 侧面碰撞结构 , 一种位于前保险杆前面防撞块 , 可以变形并吸收能量的装置. 4) 前保险杆 ———一种平面结构 , 确定了车架 主要结构框架的前平面和功能 , 旨在保护驾驶员 的脚部. 5) 前仓壁及其支持系统 , 所有车架单元和导 架及支撑的结构规定. 根据以上要求 , 利用三维设计软件建立了第 二代赛车车架的几何模型如图 1所示. 2　车架有限元模型 目前 , 利用计算机技术 , 采用数值方法求解工程中的问题 , 已是行之有效的办法 , 而利用有限元 法解决机械工程与汽车等方面的工程问题 , 是最经济和节省时间的[ 2 ] . 在建立有限元模型之前 , 需 要完成的工作有 : 　　①　一级方程式汽车工程学会. 2009 Form u la SA E Ru le s, 2009. 1 [收稿 日期 ] 2009 - 09 - 01　　　　 [修回日期 ] 2009 - 11 - 09 [作者简介 ] 于国飞 ( 1963 - ) , 女 , 吉林长春人 , 副教授 , 博士 , 从事汽车运动学 、运动学 / CA E方面研究. ·30 · 厦门理工学院学报 2009年 1) 分析明确所研究对象的结构特点 : 如前所述确定求解对象的技术条件要求 、结构型式和尺寸 要求 、边界条件 、载荷施加等 , 利用 CA E分析软件与三维建模软件的接 口技术 , 将其三维几何模型 的 IGES格式导入 HYPERM ESH 软件中. 2) HYPERM ESH 软件最显著的特点是具有强大的