完整版本田赛车车架的节能设计.docx

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完整版本田赛车车架的节能设计

摘要

 本田节能赛车车架对于赛车来说，是及其重要的组成部分，因为车架承受着赛车全部的零部件还有总成。

赛车在汽车跑道行驶时，在赛道的会受到各式各样的载荷,这些作用力会传递并作用在车架上，所以对于车架的优化设计，必须考虑其承受的强度、刚度。

利用autocad软件平台对赛车车架进行三维建模，结合有限元原理，在计算机上运用ANSYS软件进行管状单元的车架分析，得到相应的应力；运用有限元分析软件对车架结构进行满载工况下进行下进行受力分析（静态，匀加速，匀速）分析，得到车架结构，并验证其有限元模型的受力是在车架最大承受范围内；利用有限元分析所得到的结果，改进车架的结构设计，在确保车架符合强度、刚度的条件时，尽量减少车架材料的使用，减少车架的质量，使其实现;最后,运用再有限元分析软件对改进后的的车架进行结构分析，使结果显示改进后的车架设计满足合理、安全、轻量化的设计要求。

关键词:

车架；轻量化；优化；仿真

Abstract

Hondaenergy—savingcarframeforracing,andanimportantpart,becauseframeunderacarallthepartsandassembly。

Thecarincarrunningontrack,thetrackwillbesubjecttoavarietyofload,theseforceswilltransferandtheroleofavehicleframe，sofortheoptimizationdesignoftheframemustconsiderthebearingstrength，stiffness。

UsingAutoCADsoftwareplatformforthree—dimensional（3D）modelingofthecarframe,combinedwiththefiniteelementtheory,onthecomputerusingANSYSsoftwareoftubularunitframeanalysis，obtainedthecorrespondingstress;oftheframestructurewiththefiniteelementanalysissoftwareUndertheconditionoffullloadofstressanalysis（static,uniformacceleration,uniform）analysis,framestructure，andtoverifythefiniteelementmodeloftheforceisintheframetowithstandthemaximumrange;usingfiniteelementanalysisoftheobtainedresults,improvingthestructuredesignoftheframe，toensurethattheframewithstrength,stiffnessconditionstominimizeframematerials，reducetheframeofquality,makeitsimplementation;finally，theuseofandfiniteelementanalysissoftwareoftheimprovedframestructureanalysis,theresultsshowthattheimprovedframedesigntomeetthereasonable,safe，lightweightdesignrequirements。

KeyWords:

Frame；lightweight；optimization；Simulation

1绪论

1。

1背景

当前能源危机已经越来越显现，而与之同时汽车的节能减排已经成为了社会热点问

题之一。

现如今世界石油消耗量逐年增加，全球从1970年的23亿吨提升到了2006年的35亿

吨.虽然从我们得知的消息-所探明的石油储量一直在递增。

但以现阶段原油的消耗速度来看，到21世纪中叶的时候,地球石油资源就会接近枯竭,这已成为我们不得不面对的一个现实性问题。

海外的许多发达国家在20世纪中期的时候就已开始进行了战略调整，他们那时已经意识到凭借传统石化资源类似推动经济增长的这种模式已经走到了尽头,我们需要寻求一种新的能源来解决未来这种可预见的能源危机。

我国作为能源消耗大国，又是石油资源相对匮乏，产能也相对稀缺的国家。

加之粗放型的经济模式,所有这种危机感要更强烈一些.近年来过架年产石油在2亿吨左右,远远不能自给,仍需要每年从国外进口原油将近2。

4亿吨，石油进口源主要是中东、东非等敏感政治地区。

伴随着我国石油消耗量的逐年增加然而带来的环境污染问题也是不言而喻的，随之而来的的氮污染、硫污染、铅污染也是逐渐地影响到了我们的日常生活。

由于我们国家还是处于社会主义国家，粗放型的市场经济所带来的繁荣是短暂的，也是社会发展过程中必不可少的一个阶段我们国家进入WTO后市场经济的发展逐年增速,许多西方国家和欧美国家由于中国的发展他们似乎有了前所未有的危机感.现在我国的CO2排放量一路从国三标准上升到国四标准，西方国家在其工业革命时期已经转换了发展模式，已经度过了那个先污染后治理的社会发展形态。

强迫我国采用欧四标准，这一要求必然给国家带来经济上的前所未有的打击。

我们国家也出台了很多相关的政策来减少环境污染,其中一个大的治理就是对汽车尾气的综合排放进行整治。

作为石油终端产品之一的汽车，同时作为人常日常代步工具的生活用品,必然遇到前所未有的挑战。

1。

2研究意义

轻量化的主要指导思想是在确保稳定提升性能的基础上,节能化设计各总成零部件。

赛车轻量化是一个系统工程,必须将轻量化的思想贯穿赛车设计的始终，这对提高赛车动力性、以及燃油经济性都具有重要意义。

（1）轻量化是提高赛车动力性的需求

在赛事中,赛车的动力性能是排在第一位的。

赛车的动力性主要取决两大因素：

发动机的功率和赛车行驶阻力。

由于大赛规则要求驱动赛车的发动机必须为四冲程、排量以下的活塞式发动机，在进气系统的节气门与发动机之间必须安装一个横截面为圆形直径不大于的限流阀,并且所有发动机的进气气流都应流经此限流阀。

此举使得发动机的功率不可能无限制增大。

为了提高赛车动力性，另一条可行途径就是降低赛车行驶阻力。

行驶阻力由部分组成：

滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力和空气阻力.除了空气阻力主要与车身大小、形状以及车速有关外，其他项均与车重成正比.因此从汽车行驶阻力来看，施行轻量化设计,降低赛车重量，有助于减小行驶阻力,提高赛车动力性.

（2）轻量化是燃油经济性的需求

汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量。

实验证明,汽车整备质

量每减少公斤,百公里油耗可降低升;汽车重量降低油耗可降低。

减少发动机排量受到保证赛车动力性的限制，而赛车轻量化可以提升赛车动力性的同时又达到燃油经济性的目的.

1。

3相关研究领域

从汽车发明以来，在很长的时间里,随着汽车工业的发展，汽车变得越来越重。

为了达到同样的驾驶功率，新车型装备的发动机也必须越来越强劲,发动机的重量也势必越来越重。

虽然通过发动机技术的改进，燃油消耗可以保持不变或略低，但重量和功率比还是呈螺旋式上升。

比如在第二次世界大战之后生产的轿车一般重250kg，而如今生产的小轿车整备质量至少1000kg在以上。

例如大众生产的紧凑型轿车一年款高尔夫最基本配置的整备质量为1230kg。

自上世纪七十年代以来,随着材料技术和设计制造技术的进步，汽车重量逐年减少。

例如在美国，上世纪八十年代初，中型轿车平均整备质量1520kg.为九十年代初下降至九十年代末下降至1475kg.2000年左右世界各国相继出现了百公里油耗的汽车，这类汽车的整备质量基本处于750～850kg之间，而当前同类车轻年奥迪公司开发的3L轿车质量只有同类的50％。

据悉，目前各大跨国车企都致力于通过采用高强度材料或镁锅材料、结构优化、工艺革新来实现整车轻量化，并提高整车强度。

       近年来，我国在汽车轻量化技术方面也取得了不少成果,2000年，汽车工程学会宣布，汽车轻量化技术创新战略联盟在京成立，标志着多家自主品牌企业第一次在轻量化方面开展自主创新的联盟开始正式运行”。

联盟专家委员会主任陈一龙在接受《第一财经日报》采访时表示“联盟将以整车减重、降耗、提高安全性为目标，以解决产业共性应用技术问题为主线，以实现先进的轻量化材料与制造技术的应用为目的,形成联盟内企业共享的轻量化技术开发平台和数据库"在赛车轻量化相关的研究方面，做了车架的理论分析与试验设计，以及路面激励对车架的影响。

对赛车设计原则、材料选择、设计方法、底盘等做了研究分析，并对赛车提出了优化建议。

比如邝坤阳做了FSAE赛车车架结构分析和优化工作,分析了车架在弯曲、扭转、加速、转弯工况下的应力分布和形变状况，以及做了模态分析。

乔邦做FSAE赛车车架在弯曲、扭转、紧急制动、急转弯四种典型工况下的分析，并对车架结构进行了优化以及模态分析。

2ANSYS有限元软件简介

1970年,美国著名力学专家,美国匹兹堡大学力学系教授JohnSwanon博士洞察到算机模拟工程应该商品化，于是在美国宾夕法尼亚州的匹兹堡创建了ANSYS公司，它是目CAE行业最大的公司。

三十多年来,ANSYS软件取得了巨大成功,它不断融入了新的技术，断满足用户的要求，从而不断使程序向前发展。

ANSYS软件融结构、流体、电场、磁场、声场于一体,广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航空航天、汽车交通、电子、土木工程、水利等领域，得到研究与设计人员的青睐[1］，并为全球工业界所广泛接受,拥有全球最大的用户群。

而且，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享与交换,是现代产品设计中的高级CAD工具之一。

同时,ANSYS也是目前世界范围内增长最快的CAE软件，是迄今为止世界范围内唯一通过ISO9001质量认证的分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国国家核安全局（NQA）及近20种专业技术协会认证的标准分析软件。

在我国，它是第一个通过中国压力容器标准化技术委员会认证、并在17个部委推广使用的分析软件。

一个完整的ANSYS应用分析，典型的分析过程分为四个主要步骤：

（1）前处理PEPP7（GeneralPreprocessor）

创建或读入有限元模型，建立有限元模型所需输入的资料，如节点坐标、单元内节点排列次序等；定义材料属性；划分网格.

（2）求解SOLU（SolutionProcessor）

施加荷载，设定约束条件以及求解。

（3）一般后处理POST1（GeneralPostprocessor）或时间历程后处理POST26（TimeDomainPostprocessor）

查看求解结果中的变形、应力、应变、反作用力等基本信息；获取求解结果分析信

息;绘制求解结果的各种分析曲线；获取动态分析结果用与时间相关的结果处理。

POST1用于静态结构分析、屈曲分析及模态分析,将求解所得的结果，如变形、应力、内力等资料，通过图形接口以各种不同表示方式把变形图、应力图等显示出来。

而POST26仅用于动态结构分析，用于与时间相关的时域处理。

（4）结果处理

检查分析结果，检验分析