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（毕业设计全套）HQF600型FASE一级方程式赛车车架优化设计（打包下载）

算方法，被广泛应用于固体力学流体力学热传导以及电磁学等连续介质或场问题这类工程技术领域。在机械设计中，从齿轮轴轴承等通用零部件到机床汽车飞机等复杂结构件的应力和变形分析包括热应力和热变形分析，采用有限无法计算，都可以获得个足够精确的近似解来满足工程上的要求。有限元法分析的思想可以追溯到更早些时候，年．首先提出离散化概念将个原来是连续的整体剖分离散成为有限个分段连续单元的组合，并第次尝试应用三角形单元的分片连续函数来求解扭转问题。年代，有限元法首先用于飞机设计中，年和等人用矩阵法对飞机结构进行了受力和变形分析，应用当时出现的数字计算机，第次给出了用三角形单元求得复杂平面应力问题的解年首次提出“有限元”这个名词，有限元法作为种数值分析方法正式出现于工程技术领域。有限元法的第个黄金时期开始于年代初，当时，将个连续体离散化为有限个单元组合体的这种有限元的概念开始在工程界流行，比和采用了规则的三角形单元，从变分原理出发来求解微分方程式。年等人认识到有限元法是里兹法的另种形式，并且证实了它是处理弹性连续介质问题的种通用方法，此后有限元法才开始巩固其地位。年等发表了有限元法可以应用于所有能按变分形式计算的场问题这就使有限元法得到了更广泛的应用。随着有限元法在工程界和物理界日益流行，较多的应用数学家有兴趣对这个方法给予严格的数学论证，使有限元的第二个黄金时期大约于年开始。当时，他们发表了很多关于有限无法的数学文献，论证有限元法的基本原理是逼近沦，是偏微分方程及其变分形式和泛函分析相结合，并致力于估计各种单元类型离散化的误差收敛速度和稳定性。年以后，有限元法在工程上获得了广泛的应用。它作为分析飞机复杂结构的个有效方法首先应用于航空工业部门随后，迅速推广到造船建筑机械等各个工业部门中国科学院冯庚教授早在六七十年代在设计水坝中就应用了有限元法，独立地发展了有特色的数学理论基础。近年来，随着引进等些大型通用的有限元程序，国内有限元法的研究和应用获得了迅速的发展。从数学角度来看，有限元法是将个偏微分方程化成个代数方程组，利用计算机求解。我们知道，电算和手算不同，它不适合用于零鼓碎打的算法，而要求系统化的计算程序，由于电子计算机的运算速度极快，它特别适合多次重复迭代的算法。为了应用电算的这个特点来求解线性方程组，有限元法广泛采用矩阵算法，它在大量运算中显示出巨大优点。因此可以说，有限元法的发展借助于两个重要的工具在理论推导中采用了矩阵方法，在实际计算中使用了电子计算机。有限单元法分析问题的思路是从结构矩阵分析推广而来的。起源于年代的杆系结构矩阵分析，是把每杆件作为个单元，整个结构就看作是由有限单元杆件连接而成的集合体。分析每单元的力学特性后，再组集起来就能建立整体结构的力学方程式，然后利用计算机求解。在工程技术领域研究弹性连续体在载荷和其他因素作用下产生的应力应变和位移时，由于应力应变和位移都是位置的函数，也就是说物体中各个点的应力应变和位移般是不相同的。因此，可以把弹性连续体看作由无限多个微元体所组成。这是个具有无限多自由度的问题。为了能够进行数值分析，有限单元法在处理这类问题时，首先应用离散的思想，把问题简化为具有有限个自由度的问题，然后借用结构矩阵分析的方法处理。有限元离散化是假想把弹性连续体分割成数目有限的单元，并认为相邻单元之间仅在节点处相连。根据物体的几何形状特征载荷特征边界约束特征等，单元有各种类型。节点般都在单元边界上。节点的位移分别是作为结构的基本未知量。这样组成的有限单元集合体，并引进等效节点力及节点约束条件，由于节点数目有限，就成为具有有限自由度的有限元计算模型，它替代了原来具有无限多自由度的连续体。在此基础上，对每单元根据分块近似的思想，假设个简单的函数来近似模拟其位移分量的分布规律，即选择位移模式，再通过虚功原理或变分原理或基他方法求得每个单元的平衡方程，就是建立单元节点力与节点位移之间的关系。最后，把所有单元的这种特性关系，按照保持节点位移连续和节点力平衡的方式集合起来，就可以得到整个物体的平衡方程组。引入边界约束条件后解此方程就求得节点位移，并计算出各单元应力。从以上论述可以看到，有限单元法的实质是把具有无限多个自由度的弹性连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的结构型问题。因此，只要研究并确定有限大小的单元力学特性，就可根据结构分析的方法求解，使问题得到简化与.的接口建立第步选择文件下点击出现下图，并在前打钩然后进行下步。图.图.接口创立过程截图第二步选择的安装路径和的路径如下图，然后点击。图.图.接口创建过程截图第三步分别点击下的三个子文件让其运行，当分别出现下列文字时候进行下项当点击时出现三个成功的时候.与.的借口就建立完成。图.图.图.接口创建过程截图图.接口创建过程截图图.接口创建过程截图.与.接口的成功建立以后打开时，窗口会出现的链接如下图.图.连接接口截图这样.与.的接口就算彻底成功的建立了，以后只要运行然后点击就可以将模型直接传入进行有限元分析了。.车架结构静力分析通过软件的强大功能对车架进行静力分析，通过分析结果来比较得到优化车架完成本次设计中重要的节。参数定义在软件中要进行有限元分析，需要对很多参数定义，比如结构材料属性的输入如图.图.图.分析过程截图图.材料属性输入截图网格划分与施加载荷约束通过网格划分与施加载荷与约束才能在软件中进行进步的结构静力分析和模态分析。通过网格划分和加载等得下图图.图.图.车架网格划分截图图.车架施加约束与载荷截图图.车架二网格划分截图图.车架二施加约束与载荷截图图.车架三网格划分截图图.车架三施加约束与载荷截图车架结构静力分析通过软件的分析分别得到三个车架的最大变形图和等效应力图如图.图.图.车架变形图图.车架应力图图.车架二变形图图.车架二应力图图.车架三变形图图.车架三应力图.对车架进行优化设计通过以上静力结构分析得数据如“表.”表.三种车架分析所得数据模型模型二模型三最大变形量.最大应力.由于赛车车架是通过焊接而成，所以对材料的选择必须符合相应的要求，通过查询机械设计手册得焊接结构用耐候钢钢材有以下属性耐候钢既耐大气腐蚀钢，在钢中加入少量合金元素如铜等，使其在金属基体表面形成保护层，提高钢材的耐候性能，同时保持良好的焊接性能。其杨氏模量为.，泊松比.，屈服极限为，在分析结果中最大应力小于即可满足强度要求。通过对数据的分析与比较通过对最大变形量与最大应力的比较模型三的变形量最大故淘汰模型三这种结构的车架。通过结构的比较发现，模型二虽然变形量最小，但是如果在使用相同的悬架的情况下，模型二的离地间隙过小，不利于赛车在比赛中通过些特殊的比赛赛道。三种车架通过分析都符合小于的最大应力，但在实际情况中还得考虑赛车的修理与维护，模型二由于结构的原因发动机的维修空间非常小，不利于实际情况。方案二采用底座与前环和发动机舱成定的角度虽然结构上有定的优势，但是在实际的加工过程中是非常困难的，为了满足参赛赛车车架的刚度和强度要求的同时还要考虑到实际的情况。综合上述分析模型的车架为最佳车架并对其进行进步的优化。通过改变模型的钢管直径有原来的变为然后进行分析得如下图图.图.图.车架变形图图.车架应力图根据分析结果得最大应力为小于，完全符合材料属性要求，所以根据所有的数据与三种不多结构的分析比较，模型材料直径为的钢管为最佳设计方案。但是考虑大赛要求，车架主环，前环必须要用直径的钢管，虽然直径的车架结构强度上都能满足要求，但是最终参赛比赛车架选用模型的方案，这样不但加工方便而且能降低制造成本。.对优化后的车架进行侧翻安全分析车架侧翻主环承受的力量最大，能不能保证车手的安全就在于侧翻的时候主环能不能满足不解体和刚度强度能不能满足，通过软件的分析得到以下结果如图.图.车架变形图和车架等效应力图。图.车架侧翻变形图图.车架侧翻应力图通过分析结果所得到数据车架侧翻的时候最大变形为.，应力为，强度和刚度都在安全范围内，所以当车发生侧翻的时候车手是完全安全的。.对优化后的车架进行碰撞模拟分析当赛车因为失控或者驾驶员操作不当引起碰撞是十分危险的，因此对车架进行碰撞模拟分析如图.图.图.车架加载约束截图图.车架变形图图.车架应力图通过分析数据得到当赛车发生正碰的时候车架的变形为.，因此不会因为车架的变形而对驾驶员的腿部发生伤害，同时应力也为超过材料的属于，车架不会因此分解，所以当发生正碰的时候加上安全带防撞轮胎碰撞缓冲块等的吸收驾驶员能得到很好的保护，车架也合理。.对优化后的车架进行模态分析对优化结果进行模态分析图.图.图.模态分析数据截图图.车架阶振型图图.车架二阶振型图图.车架三阶振型图图.车架四阶振型图图.车架五阶振型图图.车架六阶振型图从图.图.中可以得到车架空载状态下前阶固有频率及相应的震型，对车架而言做模态分析就是考了吧低阶频率应避开发动机的怠速运转频率，以免发生共振。车架的阶的震动频率为表.中的结果单位为。表.模态分析数据表阶二阶三阶四阶五阶六阶震动频率本次设计发动机采用，根据提供数据得出发动机怠速状态下转速为，最高转速为，而发动机的震动是点火次频率为，本发动机为单缸，曲轴每转圈发动机点火次。所以计算结果如下怠速频率最高转速频率发动机的震动频率为.，而车架的阶震动频率远远小于发动机怠速频率，所以无论发动机处于什么工作状态下，车架的震动频率永远不可能和发动机的震动频率重合，所以车架是符合设计要求的。.本章小结本章通过对车架进行了静力结构的分析，通过分析得数据得到了优化的结果，完成了优化设计，并对优化后的车架进行了侧翻安全分析和模态分析，最终完成了本次设计的重要内容。结论本文对对方程式赛车的背景进行了介绍，对国内外的发展也进行了定的说明，对常规车架的结构形式进行了概述，也专门为赛车车架进行了相关的介绍。本设计运用的软件与软件，也对软件的发展历史特点和功能进行了介绍。通过用软件中建立模型然后导入软件对车架的结构进行了静态分析研究。通过分析，掌握了赛车车架结构满足设计要求的结论，为中国赛车车架的设计提供了种方法。通过本次毕业设计对车架进行了三种不同结构的车架，阐述了三种车架的各自特点，对三个车架的进行了建模让自己的设计可以通过软件进行分析，并对车架进了静力结构分析与模态分析，同时对赛车侧翻时也进行了分析，通过分析结果得到的数据对车架进行了优化，模态分析中发动机的频率也是通过计算得出。通过这些解决了车架设计中结构要满足赛车的强度和刚度的要求达到了设计的目的。在科技发达的今天我们可以通过各种先进的技术运用到车架设计之中来，不但能得到设计的产品，还能缩短产品的设计周期。通过本次设计我成功的将自己的设计融入到软件中，经过有限元分析得到了最佳结构的车架，同时通过软件检测车架的频率没有和其他频率重合，提高了车架的使用寿命。参考文献吴思宇，罗伟。工程计算应用教程。北京中国铁道出版社，余志生，汽车理论，机械工业出版社，.刘惟信，汽车设计，清华大学出版社，.陈家瑞，汽车构造下册，人民交通出版社王望予，汽车设计第四版，机械工业出版社，.张朝辉，.结构分析工程应用实例解析，机械工业出版社，.刘新田，黄虎，刘长虹