ＦＳＡＥ赛车车架的结构分析与优化ＴｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＦＳＡＥＣａｒＦｒａｍｅ
作者姓名邙盟田学位类型堂压亟±
学科、专业奎牺工程研究方向奎牺塞全皇途逝撞苤
导师及职称隆塑田教援
２０１１年３月合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。
（工作单位、职称）锐ｚ哇购歪魏骗罾融豸支也
委员：伶过一＾’研枷刁卣工礤破枇业砖享犸２褂刊皴
一问他觚纵孚压投独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盒避互些盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作
的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签字于≯坤琴珏签字日期．驯年Ｊ４１月帕
学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金起』业盔堂有关保留、使片ｊ学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金月巴王些态！Ｌ可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫
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学位论文者签巧咿１ｉ囝导师躲签字日期：扫ｆｆ斜局歹．日签字日期沙１１年细肪学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：电话：
邮编：ＦＳＡＥ赛车车架的结构分析与优化摘要汽车车架是汽车的重要组成部分，它不仅承受着来自路面的各种复杂载荷，同时也是其他总成部件的安装载体，因而车架的设计是汽车总体设计中非常重要的一部分。通过有限元法对车架结构进行分析、优化，对于提高整车的各种性能有重要的意义。本文根据＜中国大学生方程式汽车大赛规则》（２０１０版）要求，首先，利用ＵＧ软件对赛车进行车架结构设计，建立车架的三维几何模型；然后，将几何模型导入到有限元软件中，建立了车架的有限元模型；再次，基于车架的刚度实验，对车架进行了弯曲刚度、扭转刚度分析，验证了有限元建模的正确性；在验证第一次模型满足设计要求的基础上，对车架进行了优化，减轻了车架重量，随后、在有限元软件中再次对改进后的车架在四种工况下的分析，结果表明，改进是成功的。最后，对车架进行了模态分析。通过对合肥工业大学２０１０年大学生方程式赛车车架结构的有限元分析和试验结果对比，得到了一些有用的结论，为以后的大学生方程式赛车车架的设计与分析有一定的指导作用。本文对大学生方程式赛车车架的有限元分析方法和过程同样适合于其他车架。关键词：大学生方程式，车架，有限元，结构分析ＴｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓ
ａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＦｓａｅＣａｒ
Ｆｒａｍｅ
ＡＢＳＴＲＡＣＴＡｓａｎｉｍｐｏｒｔｐａｒｔｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｕｎｉｔ，ｔｈｅｆｒａｍｅｔａｋｅｓａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘ
ｌｏａｄｓｔｈａｔｆｒｏｍｔｈｅｒｏａｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅａｒｅｌｏｔｓｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｕｎｉｔｓｏｆｔｈｅａｕｔｏｔａｋｅｔｈｅ
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ｆｏｒｍｕｌａＳＡＥｏｆＣｈｉｎａＣｈｉｎｅｓｅｒｕｌｅｓ（２０１０ｖｅｒｓｉｏｎ）
ｒｅｑｕｅｓｔ，ｆｉｒｓｔｌｙ，ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｆｌａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｕｓｉｎｇＵＧａｎｄｂｕｉｌｔｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃ
ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅ
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ｉｎｔｏＦＥＭｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅＦＥＭｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ；ｔｈｉｒｄｌｙ，ｂａｓｅｄｏｎ
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ｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｔｉｍｅ’Ｓｄｅｓｉｇｎ
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ｃａｌｌｍｅｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｔａｋｅｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｒａｍｅ，ａｎｄｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｆｒａｍｅｗａｓｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｎｅｗｆｒａｍｅｗａｓａｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｆｏｕｒｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ｉＳｃｏｒｒｅｃｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍｏｄａｌｏｆｆｌａｍｅ
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Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｅｓｔａｎｄ
ＦＥＭ
ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆｌａｍｅｏｆＨＦＵＴ２０１０
ＦｏｒｍｕｌａＳＡＥｃａｒ，ｒｅｃｅｉｖｅｄｓｏｍｅｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄ
ｔｈｅ
ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｏｒｍｕｌａＳＡＥ
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ＴｈｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆＦＥＭａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｏｆＦｏｒｍｕｌａＳＡＥｃａｒｉｎ
ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｉｔａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｆｒａｍｅ’Ｓｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦｏｒｍｕｌａＳＡＥ，，ｆｌａｍｅ，ＦＥＭ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ致谢在研究生学习即将结束之际，谨向辛勤教导培育我的老师们致以崇高的敬意和诚挚的感谢！感谢陈朝阳教授和张代胜教授，两位老师渊博的理论知识，严谨求实的治学作风，诲人不倦的师者风范，对教育事业满腔热情，无私奉献的工作精神，时刻感染教育着我。此外，他们对学生日常生活的关怀，对学生的理解和宽容让我深受感动。在此，真诚的祝福两位老师一生平安幸福。感谢我的家人和朋友，是你们一直支持和鼓励我，让我在科研、学习和生活的路上从不惧怕困难和挫折，他们对我的殷切希望和关怀始终是我积极面对生活挑战的动力。感谢第一届合肥工业大学越影车队刘晨曦、马永江、刘宇、鲁泽、郝少鹏、胡锦乾等３０余名队员，在一年的赛车制作期间，大家面临困难不曾退缩，面对无论酷热的夏天还是寒冷的冬天都能坚持工作，正是这种精神使得项目组能顺利的完成赛车的设计、制作、测试和比赛。感谢实验室的唐永琪、王文平、王永贵、朱华炳、杨海东老师，还有其他学院对赛车制作期间提供的支持，感谢这些老师对整个赛车制作期间的关注和支持，他们平易近人的态度，务实的工作作风极大鼓舞车队士气。感谢湖南大学、同济大学、北京理工大学、中国汽车工程学会等大学或组织在整个赛事期间对车队所提供的支持和帮助，他们包容、无私的精神一直感动并激励着我Ｉｊｉ『行。即将离开之际，祝福你们工作、学习和生活愉快，把我最真挚的感激之情送给这许许多多关心、爱护我的人！谢谢你们！
作者：邝坤阳２０１１年３月第一章绪论目录ｌ１．１引言………………………………………………………………………………………………………ｌ１．２中国ＦＳＡＥ赛事简介…………………………………………………………１１．３研究目的和意义……………………………………………………………。２１．４汽车车身车架结构分析的研究现状………………………………………３１．５本文研究的主要内容………………………………………………………。４１．６本章小结……………………………………………………………………．５
第二章ＦＳＡＥ赛车车架结构设计６
２．１大学生方程式赛车车架结构设计的基本要求…………………………。６２．２赛车车架的结构形式及实体建模…………………………………………．６２．２．１车架类型的选择…………………………………………………………．６２．２．２车架材料的选择……………………………………………………………８２．２．３车架焊接方式的选择………………………………………………………９２．２．４车架设计过程……………………………………………………………一ｌＯ２．２．４．１前环设计【ｌ】【１４】…………………………………………………………．１Ｏ
２．２．４．２主环设计……………………………………………………………。ｌｌ
２．２．４．３车架的其他部分设计………………………………………………．１２２．２．４．４车架的几何模型……………………………………………………．１５２．３本章小结……………………………………………………………………．１５
第三章赛车车架的有限元建模１６
３．１有限元法的基本理论与方法【”】……………………………………………１６３．１．１弹性力学的基本假定…………………………………………………．１６３．１．２弹性力学问题……………………………………………………………１７３．１．２．１单元分析……………………………………………………………１７３．１．２．２整体分析……………………………………………………………一ｌ８
３．１．２．３求解计算……………………………………………………………．１９
３．１．３有限元软件的介绍【１６】…………………………………………………１９３．２有限元软件中赛车车架几何模型的建立………………………………．．１９３．２．１中面的抽取………………………………………………………………２０３．２．２几何清理………………………………………………………………一２１３．２．３网格划分………………………………………………………………．．２ｌ３．２．４网格质量检查及单元清理……………………………………………２２３．２．５材料属性…………………………………………………………………２３３．２．６有限元模型的生成……………………………………………………２４３．３本章小结……………………………………………………………………．２４
第四章有限元分析４．１概述……………………………………………………………………………………………………．２６４．２车架刚度分析…………………………………………………………………２６