大学生方程式赛车车架的拓扑优化设计

大学生方程式赛车悬架系统设计

大学生方程式赛车悬架系统设计 中国大学生方程式汽车大赛，在XX年开始举办，至XX 年已举办三届，大赛目的是为了提高大学生汽车设计与团队协作等能力，而华南农业大学XX年才组队设计赛车，现在还没有派队参加比赛，本文初步探讨SAE赛车悬架设计的方案，为日后华南农业大学参赛打下基础。 本课题的重点和难点 1、根据整车的布置对FSAE赛车悬架的结构形式进行的选择。 2、对前后悬架的主要参数和导向机构进行初步的设计。 3、用Catia或Proe建立悬架三维实体模型。 4、在Adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型，进行仿真，分析其运动学性能。 5、悬架设计方案确定后的优化改良。优化的方案一：用ADAMS/Insight进行优化，以车轮的定位参数优化目标，以上下横臂与车架的铰接点为设计变量进行优化。优化的方案二：轻量化，使用Ansys软件进行模拟悬架工作状况，进行受力分析，强度校核，优化个部件结构，受力情况。 1、查阅FSAE悬架的设计。 2、运用Pro/E或者Catia进行零件设计和仿真建模，设计出悬架的雏形。 3、在Adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型，进行仿真，分析其运动学性能。 4、用ADAMS/Insight进行优化，改善操纵稳定性。

5、使用Ansys软件进行模拟悬架工作状况，进行受力分析，优化个部件结构及轻量化。 悬架设计流程如下： 首先要确定赛车主要框架参数，包括：外形尺寸、重量、发动机马力等等。 确定悬架系统类型，一般都会选用双横臂式，主要是决定选用拉杆还是推杆。 确定赛车的偏频和赛车前后偏频比。 估计簧上质量和簧下质量的四个车轮独立负重。 根据上面几个参数推算出赛车的悬架刚度和弹簧的弹性系数。 推算出赛车在没有安装防侧倾杆之前的悬架刚度初值，并计算车轮在最大负重情况下的轮胎变形。 计算没安装防侧倾杆时赛车的横向负载转移分布。 根据上面计算数值，选择防侧倾杆以获得预想的侧倾刚度和 LLTD。最后确定减振器阻尼率。 上面计算和选型完成后，再重新对初值进行校核。 运用Pro/E或者Catia进行零件设计和仿真建模，设计出悬架的雏形。在Adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型，进行仿真，分析其运动学性能，并用ADAMS/Insight进行优化分析。 使用Ansys软件进行模拟悬架工作状况，进行受力分析，

大学生方程式赛车使用材料分析

大学生方程式赛车使用材料分析 摘要：本论文主要内容为大学生方程式赛车正在普及中国的高校，在参赛队伍的努力下，这项比赛正在给中国的汽车制造业注入活力。对于参赛者而言，对汽车材料知识的学习非常重要，因为通过对车架、车身、轮胎、油气系统材料选择以及优化可以极大提高赛车的整体性能下文，将会对现在的方程式赛车的整体车结构的材料进行分析以及对于参赛者材料选择重要性的论述。 Abstract: the main content of this thesis is to popularize Chinese for college students of Formula One racing college, in the team's efforts, this game is to Chinese automobile manufacturing industry infuse vigor.The contestants, to automotive materials knowledge learning is very important, because the frame, body, tires, oil and gas system in material selection and optimization can greatly improve the overall performance of the car below, will be on the present formula car integral structure material for analysis and material selection for contestants in the exposition of the importance. 中国大学生方程式汽车大赛（以下简称“FSAE”）是中国汽车工程学会及其合作会员单位在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上结合中国国情精心打造的一项全新赛事。我们大学生参与其中主要意义在于通过动手实践增强理论知识，为我国的汽车工业发展输送高素质的人才。在参与FASE中，对于赛车的设计固然重要，但是对于赛车材料的选择同样是重中之重。通过对材料的准确把握，设计制造出合格的赛车，是FASE的灵魂。而灵魂的重要性值得所有参与其中的人认真研究。 首先我们从车架说起。车架是是构起赛车的基本，车架是车辆的主体结构，为其他部件，如悬架、发动机、座椅、踏板、传动装置等提供安装的位置，并承受所有部件传来的力。所以我们说，对于车架材料的选择非常重要，因为它决定了赛车的稳定性。对因为于大学生来讲，设计的赛车从简单以及可行性来考虑，多采用空间衍架结构，设计制造简单便宜，并且发生碰撞后可以很容易的检修。

大学生方程式赛车设计——转向系统

赛车转向系统是用于改变或保持赛车行驶方向的专门机构。起作用是使赛车在行驶过程中能按照车手的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及赛车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持赛车继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着赛车的操纵稳定性和安全性。对赛车的行驶安全至关重要，因此赛车转向系统的零件都称为保安件。赛车转向系统和制动系统都是赛车安全必须要重视的两个系统。当转动赛车方向盘时，车轮就会转向。为了使车轮转向，方向盘和轮胎之间发生了许多复杂的运动。最常见的赛车转向系统的工作原理包括：齿条齿轮式转向系统和循环球式转向系统。当赛车转向时，两个前轮并不指向同一个方向。要让赛车顺利转向，每个车轮都必须按不同的圆圈运动。由于内车轮所经过的圆圈半径较小，因此它的转向角度比外车轮要大。如果对每个车轮都画一条垂直于它们的直线，那么线的交点便是转向的中心点。转向拉杆具有独特的几何结构，可使内车轮的转向度大于外车轮。赛车转向系统分为两大类：机械转向系 统和动力转向系统。a机械转向 系统：完全靠车手手力操纵的转 向系统。b动力转向系统：借助 动力来操纵的转向系统。动力转 向系统又可分为液压动力转向系 统和电动助力动力转向系统。机 械转向系以车手的体力作为转向 能源，其中所有传力件都是机械 的。机械转向系由转向操纵机构、 转向器和转向传动机构三大部分 组成（如图）。车手对转向盘施 加的转向力矩通过转向轴输入转 向器。从转向盘到转向传动轴这 一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有级减速传动副。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了赛车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节属于转向传动机构。。 转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将车手转动转向盘的操纵力传给转向器。机械转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。齿条齿轮式齿轮组被包在一个金属管中，齿条的各个齿端都突出在金属管外，并用横拉杆连在一起。小齿轮连在

结构拓扑优化的组合准则及应用

结构拓扑优化的组合准则及应用 丁繁繁* 郭兴文 (河海大学工程力学系,江苏,南京,210098) 摘要：本文研究了拓扑相关荷载作用下连续体结构拓扑优化设计问题，探讨了ESO 方法中单独应用最大拉应变准则或主应力准则来删除单元的问题,提出了基于主压应力删除准则与最大拉应变删除准则的组合优化删除准则,给出了组合准则的迭代步骤.依据所提准则与迭代步骤, 应用Ansys 分析软件对一受拓扑相关径向均布荷载作用的连续体进行了拓扑优化设计,获得了相应的最优拓扑结构,算例表明,本文提出的组合优化法可以消除单一应力删除准则在优化过程中出现的迭代波动问题,能加快拓扑优化的收敛速度. 关键词:拓扑优化, 拓扑相关荷载, 主应力准则, 最大拉应变准则，组合准则 1.前言 结构拓扑优化设计是目前结构优化设计领域最赋有挑战性的研究课题,近十几年来，随着科学技术的进步, 结构拓扑优化设计得到了迅速的发展. 有关结构拓扑优化设计的最新发展,文献以综述的形式作了详细的叙述.连续体结构拓扑优化方法主要有均匀化法、两相法、内力法、变厚度法、变密度法、人工材料、渐进结构优化法及线性规划法等。其中渐进结构优化法(简称ESO)是通过一定的删除准则，将无效或低效的材料逐步去掉,结构将逐渐趋于优化。该方法可采用已有的有限元分析软件,通过迭代过程在计算机上实现,该法的通用性很好。 ESO 法最早是由澳大利亚华裔学者谢忆民于1993年提出来的。随后得到了荣见华等人的发展，成功应用于包含应力、位移（刚度）、临界应力和动力学约束的众多结构拓扑优化领域。基于主应力的ESO 法考虑了实际材料在拉、压应力方面的特性差异，特别适用于一些拉压性质明显的建筑类型，例如桥梁工程，从而改进了ESO 法的工程适用性。 ]4~1[]5[目前,连续体结构拓扑优化研究主要集中在荷载作用位置及作用方向不变情况下的结构拓扑优化问题，而对于荷载作用位置变动情况下的连续体结构拓扑优化研究刚刚起步. ]6[本文研究了荷载位置随拓扑变化而变化作用下的连续体结构拓扑优化问题，该连续体结构是一混凝土受压结构。优化过程中在进行尝试使用不同删除准则的基础上,提出了基于主压应力删除准则与最大拉应变删除准则的组合优化删除准则.依据提出的组合优化删除准则, 应用Ansys 分析软件对一受径向均布荷载作用简支的矩形初始构型进行了拓扑优化设计, 获得了相应的最优拓扑结构,算例表明,本文提出的组合优化法可以消除单一应力删除准则https://www.sodocs.net/doc/7a9309333.html,

电动汽车车架拓扑优化分析

摘要 车架一般由纵梁和横梁组成。其形式主要有边梁式和中梁式两种， 边梁式车架由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接法或者焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架。 纵梁通常用低合金钢板冲压而成，断面形状一般为槽型，也有的做成Z形或箱型。很据汽车形式的不同和结构布置的要求，纵梁可以在水平面内或纵平面内做成弯曲的，以及等断面或非等断面的。 横梁不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，而且还可以支撑汽车上的主要部件。通常载货车有5~6根横梁，有时会更多。边梁式车架的结构特点是便于安装驾驶室、车厢及一些特种装备和布置其他总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车，因此被广泛用在载货汽车和大多数特种汽车上 关键词：车架,衡量,纵梁

Abstract The frame consists of longitudinal and cross beam. Edge beam and beam type two kind of main forms, Composition of the side frame is composed of two is located on both sides of the longitudinal beams and a plurality ofbeams, by riveting or welding the longitudinal beam and the cross beam are connected into a rigid framework rugged. Stringer is usually made by low alloy steel plate stamping, section shape is generally shaped, some made of Z shaped or box. According to the different forms of the car and structural layout, longitudinal beam can be made into a curvedin the horizontal plane and vertical plane or, as well as the section section. Not only to ensure the beam frame torsional stiffness and bearing vertical load, but also can support the main auto parts. Usually the truck with 5~6 beam, sometimes more. Structural characteristics of the side frame is easy to installthe cab, carriages and some special equipment and arrangement of other assembly, is conducive to the modifiedvariation and development of variety car, so it is widely used in the truck and the majority of special purpose vehicle

大学生方程式赛车悬架设计

大学生方程式赛车悬架设计 加布里埃尔·德·波拉爱德华多 圣保罗大学摘要 独立完成一次大学生方程式赛车的悬架设计。首先分析赛规，通常，赛规会对悬架的最小行程和轴距作出限制，并且给出本次设计所要达成的最终目的，除此之外还会评判出得分最高的一个团队。本文会讨论到轮胎的运动，并详细分析前后悬架的拉杆不等长的摆臂。维度论是基于CAD的尺寸限制发展出来的。在总的力与时间的图上分析了暂态稳定、控制和操纵性能。在分析运动学和动力学时创建了多体模型。该模型能模仿侧翻，驾驶和操纵并且能进行几何调整，使得弹簧和阻尼器实现其性能。 前言 美国汽车工程师学会举办的大学生方程式汽车大赛激励学生 们去设计、制作一个小的方程式风格的赛车，并参加比赛。竞争的基础是假设一个公司集合了一个工程师团队来制造一个小的方程式赛车。第一步是分析赛事规则，赛规限制悬架系统的最小轮距为50mm，轴距大于1524mm。FSAE悬架工作在一个狭窄的车辆动力学范围，这是由于赛道尺寸决定的有限过弯速度，140公里每小时为最高速度和60公里每小时为转弯最高速度。比赛的动态部分包括15.25m的直径防滑垫，91.44m的加速项目，0.8km的越野赛，44km耐力赛。 设计目标已经给定并且会评判出得分最高的十个团队。悬架系统的几何部分集中在一些悬架设计理念和亮点的基本领域。因此，

FSAE悬架设计应该集中在竞赛的限制因素方面。例如，车辆轮距宽度和轴距是决定汽车操纵性设计成功与否的关键因素。这两个尺寸不仅影响重量传递还影响转弯半径。设计目标是首先满足赛则，其次降低系统重量，创造最大的机械抓地力，提供快速响应，准确的传输驱动程序的反馈，并能调节平衡。 轮胎和车轮 悬架设计过程中采用了“由外而内”的方法，先选择满足赛车要求的轮胎，然后设计悬架以适应轮胎参数。短的比赛时间和低速的比赛项目都要求轮胎快速达到其工作温度。轮胎对于车辆操纵性很重要，设计团队应当充分地调查轮胎尺寸及可用的化合物材料。轮胎的尺寸在这一阶段的设计中很重要，因为在确定悬架的几何结构之前，轮胎的尺寸必须已知。例如，一个给定了车轮直径的轮胎高度决定，如果轮胎内部被组装起来了，下球接头应当离地面多近。 设计者应当意识到提供对于给定车轮直径的轮胎尺寸的数量是有限的。因此，考虑到轮胎对于汽车操纵性的重要性，选择轮胎的过程应当有条不紊。由于轮胎在地面上的部分对抓地力有很大的影响，有时希望使用宽的轮胎，增加牵引力。然而，切记宽的轮胎使回转质量增加，而这又使FSAE发动机的加速受到限制。 相比较使用宽轮胎而引起的牵引力的增加，这些增加的回转质量也许会对整车的性能产生更大的损害。宽轮胎不仅增大质量，而且使受热的橡胶数量增加。因此比赛用的轮胎必须设计成在某一特定的

升降辊床连杆摇臂结构拓扑优化设计

升降辊床连杆摇臂结构拓扑优化设计 升降辊床作为一种新型输送设备，具有高速、稳定、易于维护等优点，在各汽车焊装车间得到了广泛应用。文章对辊床连杆摇臂结构进行动力学分析，在此基础上针对摇臂结构进行结构拓扑优化，改善机构应力应变并提升疲劳寿命。 标签：升降辊床;摇臂结构;有限元;拓扑优化;疲劳寿命 引言 “冲压、焊装、油漆和总装”被称为当代汽车制造的四大工艺[1]，在上汽大众仪征工厂焊装车间，焊接工艺种类多达8至10种，用来转运车身的工艺生产线多达12条，拥有德国KUKA自动化机械臂800多台，工艺过程极其复杂，工位数量繁多。基于曲柄连杆摇臂结构的Siemens高速输送升降辊床的大量应用，极大地提高了生产节拍，使生产线实现了柔性生产，产能得到大幅度提高[2]。 1 辊床结构及动力学分析 本文以西门子公司11-0908-1200系列升降辊床为研究对象，主要参数如表1所示。升降辊床主要由底座、升降机構、水平输送辊床和控制系统四大部分组成，实现其升降功能的是一个典型的多连杆机构，并可拆分为两个四杆机构，即前半部分为曲柄连杆摇臂机构[3-4]，后半部分为平行四杆机构，因此，在运动学分析计算中可以忽略后半部分的平行四杆机构，仅分析前半部分的曲柄连杆摇臂机构[5]（图1）。 为了解曲柄连杆摇臂机构在其运动周期内各构件的受力情况，在Adams软件中创建升降辊床曲柄连杆摇臂动力学仿真模型，施加辊床框架及雪橇、车身的重力负载为13000N，直接作用在前后摇臂上，受力方向始终竖直向下，经求解，后摇臂受到来自连杆的峰值拉力为17588N，在升降辊床从低位向高位运行过程中，摇臂克服负载力并将其向上举升，拉力从峰值开始逐渐降低为0N。 2 辊床有限元仿真分析 对辊床连杆结构进行有限元分析。摇臂的制造原材料为Q235B，建立摇臂模型并导入到ANSYS软件中，网格划分后共得到47478个节点、19295个单元。连杆与后摇臂相连的铰接转动副-单孔摇臂关节轴承处，其转动副处最大受力为17588N，选取此瞬态时刻，对后摇臂进行静力学分析，施加负载、约束后进行计算，得到其应力、应变分析结果情况如图2所示。 通过分析发现，在主轴中部轴颈与曲柄连接处是应力集中最严重的部位，从有限元分析结果可以看出，最大应力为91.36MPa，虽然小于摇臂材料的屈服强度235MPa，但这些应力集中部位极易出现疲劳裂纹，直至机械失效损坏，该分析结果与摇臂在实际生产作业中发生的断裂故障一致。

某矿用半挂车车架有限元分析及拓扑优化杜现斌

煤矿机械Coal Mine Machinery Vol.34No.01 Jan.2013 第34卷第01期2013年01月 1建立车架有限元模型 在不影响分析结果精度及准确度的情况下对半挂车车架进行一些必要的简化及假设：（1）去除组合灯支架及对强度、刚度影响不大的立柱下方盒、下方盒翼板等；（2）忽略车架上细小的折弯和圆角等结构；（3）假设该车架各部件的焊接均为等强度焊接，且强度等于部件本身的强度；（4）整个组成车架的部件材料假设一致且各向材质同性。 车架的形状复杂，在建立有限元模型时，采用能较好适应不规则形状而且能满足一定精度要求的shell93号板壳单元，该单元是8节点二阶单元，单元每个节点有6个自由度。对车架进行网格划分时，要注意对网格数量、疏密、阶次、质量和布局的控制。本文采用单元边长40mm为参考划分网格（部分位置进行了细化），整个模型有43175个单元，134673个节点（模型略）。 2边界条件及载荷施加 边界条件半挂车车架前部通过牵引销座板支撑在牵引车鞍座上，车架后部有4组支架，通过钢板弹簧、轮胎支撑在路面上。由于不考虑钢板弹簧的作用，因此可将边界条件做如下处理：在半挂车前部将牵引销座板的中间位置作全约束；在半挂车后部约束各支架Y向（即垂直方向）位移。 载荷施加半挂车所受载荷比较简单，主要是自身重力及货物重力。自身重力的施加通过定义材料密度以及垂直方向振动加速度的方式实现，货物则以均布力的形式作用在主纵梁上翼板、副纵梁上翼板及边框的上表面。 3车架的有限元分析及结果 （1）静态满载弯曲工况 满载弯曲工况下半挂车车架整体应力分布如图1所示。从图中可以看出在满载弯曲工况下，车架前部以及后桥一轴前后的应力较大，最大应力为524MPa,出现在车架横梁A与纵加强板焊接的位置，如图2所示。从图中可以看出，除了2个与纵加强板焊接的位置，整个车架横梁A的应力水平都比较高。车架横梁A所用的设计材料为高强度热轧冷成型钢，其屈服极限为700MPa，所以在静态弯曲工况下，满足强度要求。但在实际使用中，由于路面冲击、车架振动等原因，此处的实际应力水平可能高于材料的屈服极限，容易发生开裂等破坏。 图1弯曲工况整体应力云图图2弯曲工况前端应力图（2）静态满载扭转工况 扭转工况是指该矿用半挂车行驶在不平路面 某矿用半挂车车架有限元分析及拓扑优化 杜现斌，张为春 （山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博255049） 摘要：车架是整车的关键部分，为了对其进行优化设计，基于有限元分析软件ANSYS建立车架有限元模型，再对车架在弯曲、扭转2种典型工况下施加相应的边界条件和载荷进行静态分析，通过分析结果找出车架中应力较大的部位来校验其强度是否符合要求，最后对车架进行初步的拓扑优化。 关键词：有限元分析；拓扑优化；矿用半挂车车架 中图分类号：TD562文献标志码：A文章编号：1003－0794（2013）01－0113－02 Finite Element Analysis and Topology Optimization of Mine Semi- trailer Frame DU Xian-bin,Z H ANG Wei-chun (School of Transportation and Vehicle Engineering,Shandong University of Technology,Zibo255049,China) Abstract:Frame is a key part of the vehicle,and for the sake of the optimization of design,the finite element model of the frame was created based on ANSYS,and then applied the corresponding boundary conditions and loads for static analysis under the two typical operating conditions of the bending and twisting.And then identified the part suffered a relatively bigger stress in the frame by analyzing the results to verify whether it meets the requirements of its strength.And finally,a preliminary topology optimization was made for the frame. Key words:finite element analysis;topology optimization;mine semi-trailer frame NODAL SOLUTION SUB=1 TIME=1 SEQV(AVG) DMX=10.628 SMX=523.695JUN32011 09:15:02 NODAL SOLUTION SUB=1 TIME=1 SEQV(AVG) DMX=10.628 SMX=523.695JUN32011 09:48:07 0116.377232.753349.13465.507 58.188174.565290.942407.318523.6950116.377232.753349.13465.507 58.188174.565290.942407.318523.695 X X A 113

FSAE赛车车架的人机工程设计

FSAE赛车车架的人机工程设计 赵帅, 隰大帅, 王世朝, 王达, 姜莽 吉林大学 【摘要】在赛车开发过程中，人机工程设计是及其重要的设计工作。FSAE赛车是单人驾驶的方程式赛车，在满足大赛规则规定的前提下，应尽量保证车手具有合适的驾驶姿势、可以方 便地进行各项驾驶操作，并合理安排赛车驾驶舱的空间布置，使整辆赛车紧凑而高效。在本次 FSAE赛车的设计过程中，吉林大学FSAE车队依照V字形开发流程，主要利用CATIA软件进 行初步设计并搭建木条模型完成设计工作。 【关键词】 FSAE ，车架，人机工程设计 Ergonomics Design for FSAE Race Car Frame Zhao Shuai, Xi Dashuai, Wang Shichao, Wang Da, Jiang Mang Jilin University Abstract:During the process of designing a race car, ergonomics is a very important part. Considering FSAE race car is for one racer, we should ensure that the racer has a right posture to control expediently. On the other hand, a more reasonable cabin-space layout can make the whole car compact and efficient. Based on the V design flow, JLU racing team finished the work by Dassault CATIA engineering software and manual wooden model. Key words: FSAE, Frame, Ergonomics 1引言 FSAE赛车的人机工程主要关系到赛车车架的结构设计。车队从大赛的相关规则规定入手，同时满足车手的驾驶条件，利用CATIA软件逐步设计出满足最低条件的车架模型，之后通过搭建1:1木条模型进行修改完善，最终确定车架的人机结构。开发流程如图1。 大赛的基本要求确定车架的结构和尺寸 ①车手的驾驶姿势 多次完善修改 ②驾驶舱的空间布置 ③腿部空间 搭建1:1 …… 木条模型 满足条件的 车架模型 图1 V字形开发的基本流程 1.1《中国大学生方程式汽车大赛规则》（以下简称《规则》）相关规定

FSAE方程式赛车车架设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计 摘要 Formula SAE 赛事1980 年在美国举办第一次比赛，现在已经是为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。出于此项比赛的宗旨是让学生针对业余高速穿障的车手开发制造一个原型车，该原行车应该具备有可小批量生产的能力，并且原型车的造价要低于25,000 美元。这项竞赛包含有3个最主要的基本元素，分别是：工程设计、成本控制以及静态评估,单独的动态性能测试,高性能的耐久性测试Formula SAE 赛事的主要参与者通常都是来自高校的学生组成的车队。现在在美国、欧洲和澳大利亚每年都会举办Formula SAE 比赛。Formula SAE 向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。为了促进民族汽车工业的发展，中国于2010年开始举办此赛事。本次设计正因此而展开，本次设计主要是从车架的结构入手，为了让车架达到比赛所用赛车的刚度和强度进行设计和分析，本设计对整车做了总体布置，确定重心的位置。然后将自己设计出的三个不同结构的车架运用Proe进行建模，然后将三个车架导入ansys软件进行静力结构分析与车架侧翻时候的静力分析，通过比较得到优化结果，将优化的车架进行模态分析。由于车架看是简单实际上是比较复杂的，通过ansys软件的分析不但能满足设计的要求，而且缩短了设计的周期。通过本次优化设计使中国FSAE赛车车架的设计能更加完美，同时通过比赛可以通过很多数据为民族汽车工业能提供很多重要的数据，进一步使民族汽车的更安全和实用。 关键词：车架；结构；静态分析；模态分析；优化设计 I

结构拓扑优化设计的三角网格进化法

第19卷　第3期应用力学学报Vol.19　No.3 2002年9月CHINESE JOURNAL OF APPL IE D MECHANICS Sep.2002 文章编号:100024939(2002)0320050204 结构拓扑优化设计的三角网格进化法Ξ 罗　鹰　段宝岩 (西安电子科技大学　西安　710072) 摘要:针对进化式拓扑优化方法的不足,提出了一种基于遗传算法的新型进化式拓扑优化方法—三角网格进化法,该方法不仅能够同时进行拓扑、形状与截面变量优化设计,而且在优化过程中实现了退化和进化的统一,提高了优化效率。另外本文还首次对结构类型变量进行了优化计算,取得了有益的结果。最后几个数值算例证明了本方法的可行性和有效性。 关键词:拓扑优化;进化法;类型优化;遗传算法 中图分类号:039TB121 文献标识码:　A 1　引　言 工程结构拓扑优化方法可分为两类:退化法和进化法。退化法又可进一步分为基结构方法(ground structural approach)[1]和均匀化方法(ho2 mogenization method)[2],退化法的基本思想是在优化前将结构所有可能杆单元(对基结构方法而言)或所有材料(对均匀化方法而言)都加上,然后构造适当的优化模型,通过一定的优化方法逐步删减那些不必要的结构元素(杆单元及节点)或材料,直至最终得到一个最优化的拓扑结构形式。当然,在删减的同时也可能伴随着少量结构元素的再加入。进化法[3～6]正好与退化法相反,它是从另一个途径考虑问题。根据给定的固定节点与载荷,首先给出简单拓扑结构形式,然后通过一定的优化策略不断增加结构元素,直到获得最优的拓扑结构。K irsch[5,6]曾对此类方法进行过分析与展望,并且由William在1995年提出了自然生长方法[3],Mc Keown在1998年又提出了节点增加方法[4]。它们的不足之处在于,优化过程中,只有结构元素(包括杆单元和节点)的增加而不能够删减。另外,根据目前所掌握的文献看,结构类型变量优化还未被问津。本文利用遗传算法(G A)将结构类型也作为一类设计变量,对它进行了数学优化计算的尝试。 2　优化模型 本文讨论的是结构的整体优化问题,设计目标是使结构整体重量最轻(或体积最小),而约束条件包括应力约束以及各节点坐标位移约束。设计变量包括结构类型、拓扑、可动节点坐标以及单元截面积四种参数。由于遗传算法(G A)[5,7,8,9]不能直接处理结构优化中各设计变量,而必须将它们转换成遗传空间中由基因个体排列组成的染色体或个体。为此,引入以下几组参数: 211　结构类型参数αi 杆系结构的类型不仅有桁架、刚架(梁)结构,还有杆、梁组合结构(即结构中既有杆单元又有梁单元)。为此引入参数αi(i=1,2,…,N)分别代表结构中各单元的类型。其中,N表示结构单元数。其数学表达式为: α i = 0　单元i为杆单元 1　单元i为梁单元 　(i=1,2,…,N) (1)结构的总刚度方程为: Ξ基金项目:国家自然科学基金项目(95635150)　来稿日期:2001202220　修回日期:2002202227第一作者简介:罗鹰,男,1970年生,西安电子科技大学机电工程学院博士生;研究方向:面向工程的广义优化1

大学生方程式赛车

大学生方程式赛车

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辂般舫駐要辭酸戢醐连翩艇对点 麻曰龊聽gmsw, 毓贿跆 有 力的魏予阪?乜 车架规则总体要求 SOfumia \ 上冊的MS/iWM 申何的樋|肪撞杠 阪沖的侧斷曲H 大学生方程式的赛车主要是使用桁架式结构的钢管车架和复合材料的单体壳结构这两种。 ni 1} 工 * fTJr 车架基本结构 :砂￡＞ 雹 每一支车队的车架结构中都需要尽可能多的使用三角结构 ，点对点，符合力学要求

例如防滚架是赛车对车手安全保护的一个最重要的安全屏障 ，当赛车发生翻滚时必须保 护 车手的 头■部 和腿部 不与地 面接触，因 此规则 会有硬 性设计 要求。 驾驶舱空间要求 驾驶舱内部横载面 为了保证驾驶员的逃生空间和腿部空间，规则还限宦了 驾 驶舱最小开口和驾驶舱内部横截面的空间要求。 基于大赛规则和人机工程，对车架的数据尽可能多的采集足够的数据 ，为后期的三维模型 的建立提供数据支持 、熟读规则，模型搭建获取设计基本参数 由于赛车必须车轮外露和座舱敞开（方程式赛车式样），因此赛车的安全性必 须得到保证。所以采用钢管作为赛车的框架结构的赛车必须符合赛会对钢管材料 的要求、管径厚度、结构形式等要求。 规则对结构的要求 对于这农册啲要求援证车羽S#辍生鳩或 耐，车手 的头課身体曲和地面发生雖 从 而民证车手的安 全， 薜醉栗的?!边購触必须由车手（车手以正常驾 删魁）两赂跌删毗 驾驶舱幵口 连删轩头跚 甜到车手头虽的 距离至＞ ■

赛车还需要适合从第5百分位的女性到第95百分位的男性车手驾驶，因此需要搭接模型进行数据采集。在性能和舒适性方面需要做出取舍，数据需要不断调整。 二、使用三维软件进行建模和分析 在有限元软件中进行静力分析、优化及模态，得出车架扭转刚度，在满足车架安全和使用 的条件下对车架结构进行优化和轻量化。 三、定位模具和焊接 由于方程式车架的设计比较紧凑，许多零部件的安装位置极限，因此对焊接精度要求

大学生方程式赛车使用材料分析

大学生方程式赛车使用材料分析 机械工程学院 1116150107 包俊 中文摘要：本篇论文介绍了大学生方程式赛车所用的材料，主要从车身材料，底盘材料以及车轮材料三个方面介绍。材料是方程式赛车的基础，必须具有优良的性能。其中，车身材料主要采用的是碳纤维，它具有轻盈，抗冲击的性能；赛车底盘则采用蜂窝铝材和碳纤维合成的复合材料，其具有机械强度高,耐温性好,耐腐蚀性好等性能；而车轮材料则比较复杂，会根据比赛赛道的不同选用不同的轮胎，有的软，有的硬，每场比赛所使用的轮胎成分差别很大，但是其外框主要是尼龙和聚酯纤维的复杂编织物。 English Abstract: This paper introduces the formula of materials used for college students, mainly from the body material, material of the chassis and wheel material is introduced from three aspects. Material is a Formula One racing based, must have excellent performance, which, the body material is the main use of carbon fiber, it has a light, shock resistant performance; racing chassis uses the titanium alloy material, which has high mechanical strength, good temperature resistance, good corrosion resistance and other properties; while the wheel material more complex, depending on the race track choose different tires, some soft, some hard, every game the used tire composition varies greatly, but the frame is mainly nylon and polyester fiber complex woven fabric. 中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSAE”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。而本文则主要对其车身所用材料展开探究，赛车主要由车身，底盘和轮胎构成，下面就从这三方面来分别详细地介绍其所用材料和性能特点。 车身材料：碳纤维 车身是一辆赛车的主体部分，其重要性不言而喻，而赛车对于速度的追求则理所当然地要求车身材料必须具有轻盈的特点。而作为赛车手的屏障，其又必须具有良好的抗冲击性能，这两种看似矛盾的要求必须在一种材料中体现，似乎有些困难，而碳纤维材料则很好地符合了这两样要求。碳纤维，又称碳化纤维，泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬，所以它的用途很广泛。碳纤维在汽车领

大学生方程式赛车设计(前后悬架设计)(有cad图+三维图)

毕业论文 题目大学生方程式赛车设计（前、后悬架设计） 2013年05月30 日

大学生方程式赛车设计（前、后悬架设计） 摘要 本设计为中国大学生方程式汽车大赛（Formula SAE - China，简称"FSAE"）赛车前、后悬架总成设计。悬架总成是汽车的一个重要组成部分，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架上，以保证汽车的正常行驶。 本次设计根据大学生方程式汽车大赛的比赛规则及赛车设计具体参数要求，参考各种赛车悬架资料，分析各种悬架类型的优缺点，参考国际国内方程式汽车大赛的赛车设计方案，初选出了多连杆悬架和双横臂悬架，然后进行进一步的分析，并最终确定适合赛车运动的悬架形式---不等长双横臂式螺旋弹簧独立悬架。 设计中运用运动学原理分析各机构运动关系、确定尺寸参数,运用理论力学、材料力学知识计算悬架各部件的受力，以满足各零部件的强度要求。本次设计运用了CAD2008画平面图，并运用UG NX 7.0建立悬架模型，进行运动分析和高级仿真。 关键词：悬架，减振器，导向机构，定位参数，建模，运动分析

This design for Chinese University students formula car（front and rear suspension design） ABSTRACT This design for Chinese University students formula car contest (Formula SAE-China, referred to as "FSAE.") racing front and rear suspension design. Suspension Assembly is an important component of the car, its function is to act on the pavement on vertical force, longitudinal force and lateral force as well as the reaction caused by the moment passed to the frame, in order to ensure that the vehicle's normal driving.This design according to the formula of college car racing rules and concrete parameters design requirements, refer to the data of many racing suspension , analysis of the advantages and disadvantages of various suspension type, and ultimately determine the suitable for motor sport suspension---differ long double wishbone arm typed spiral spring independent suspension. Determine the use of unque length double wishbonecoil springindependent suspension,calculated and verified, to the rule of the game,and the actual needs of the cars’s roll center,select the suspension of the car-oriented institutions,and then according to the positioning of the wheel parameterspreliminary design calcuations on the dimensions of the upper and lower wishbone front and rear suspension and frame size as well as track and wheelbase dimensions,and the subsequent stress analysis under various conditions on the suspension,and determine the final suspension size and locationaramerers.In the design application kinematics analysis of the relationship between the various bodies exercise、determine the size parameters, use of theoretical mechanics, material mechanics calculation of the various components of suspension force to meet the strength

结构优化设计的综述与发展

结构优化设计的综述与发展 摘要：结构优化设计，就是在计算机技术等高科技手段的支持下，为了提升机械产品的性能、工作效率，延长机械产品的工作寿命，对机械产品的尺寸、形状、拓扑结构和动态性能进行优化的过程。这是机械行业发展的必然要求，也是信息时代的必然要求。结构优化设计，必须在保证机械产品满足工作需要的前提下，通过科学的计算来实行。文章将简单对结构优化设计的发展状况进行介绍，列举几种优化设计方法，以及讨论未来优化的发展情况。 关键词：结构优化设计发展优化设计方法 1 结构优化设计 结构优化简单来说就是在满足一定的约束条件下，通过改变结构的设计参数，以达到节约原材料或提高结构性能的目的。结构优化设计通常是指在给定结构外形，给定结构各元件的材料和相关载荷及整个结构的强度、刚度、工艺等要求的条件下，对结构进行整体和元件优化设计。结构优化设计一般由设计变量、约束条件和目标函数三要素组成。评价设计优、劣的标准，在优化设计中称为目标函数；结构设计中以变量形式参与的称为设计变量；设计时应遵守的几何、刚度、强度、稳定性等条件称为约束条件，而设计变量、约束函数与目标函数一起构成了优化设计的数学模型。结构优化的目的是让设计的结构利用材料更经济、受力分布更合理。 结构优化设计根据设计变量选取的不同可以分为截面（尺寸）优化、形状优化、拓扑优化三个层次。尺寸优化是选取结构元件的几何尺寸作为设计变量，例如，杆元截面积、板元的厚度等等[1]。而形状优化是选取结构的内部形状或者是节点位置作为设计变量。拓扑优化就是选取结构元件的有无作为设计变量，为0-1型逻辑型设计变量。 2 结构优化设计研究概况与现状 结构优化设计最早可以追溯到17世纪，伽利略和伯努利对弯曲梁的研究从而引发了变截面粱形状优化的问题。后来Maxwell和Michell提出了单载荷仅有应力约束条件下最小重量桁架结构布局的基本理论，为系统地分析结构优化理论作出了重大的贡献。然而长期以来，由于缺乏高速可靠的计算手段和理论，结构优化设计一直无法获取较大发展。 到上世纪六十年代，有限元技术借助于计算机技术，得到了极大的发展。1960年Schmit在求解多种载荷情况下弹性结构的最小重量问题时，首次在结构优化中引入入数学规划理论，并与有限元方法结合应用，形成了全新的结构优化思想，标志着现代结构优化技术的开始[2]。 1973年Zienkiewicz和Campbell[3]在解决水坝的形状优化问题时，首次以节点坐标作为设计变量，在结构分析方面使用了等参元，在优化方法上使用了序列线性规划的方法。其后，众多的学者在此基础上，逐渐发展形成了使用边界形状参数化方法描述连续