FSAE赛车车架结构优化设计(含CAD零件图装配图)

FSAE赛车车架结构优化设计(含CAD零件图装配图)(任务书,开题报告,论文说明书28000字,CAD图9张)
摘要
本文利用有限元软件HyperWorks对2015年华中科技大学FSAE赛车车架结构进行优化设计。首先建立车架有限元模型，利用BEAM单元建立车架梁单元模型。然后分析车架在满载弯曲、满载扭转、满载加速、满载转弯四种工况下的应力和变形情况。根据分析结果以及2016年FSAE赛事规则对原车架模型进行结构优化，使其在满足各项性能要求的前提下达到轻量化的目的。
本论文主要研究FSAE赛车的车架结构，掌握其结构特点及要求，分析车架结构刚度强度，最终对其进行优化设计。
最终研究结果使得车架的总质量由30.8kg减少为27.6kg，一共减少7.1%的重量。并且最终验证优化后的车架能够很好的满足车架强度和刚度要求。
本文相对于以往论文很大的不同点在于：往届研究人员更多的是使用2D单元对车架进行网格划分来建立车架有限元模型，这种方法过程繁琐复杂，车架连接处网格划分困难。而本文采用梁单元对车架进行建模，建模和分析过程相对更加简洁有效。
关键词：FSAE；车架；Hypermesh；有限元；优化设计

Abstract
This paper utilizes the finite element software HyperWorks to realize the optimal design of 2015 HUST FSAE frame. First a finite element model is established for frame using BEAM element, thenthe stress and transformation of the frame have been analyzed in four kinds of working conditions, which includes full load bending working condition, full load twisting working condition, full load accelerating working condition and full load turning working condition. According to the analysis results and the 2016 Formula SAE regulations, the optimization occurs based on the original frame model. The optimization achieved light weight on the premise of satisfying all performance requirements.
This thesis mainlystudy the frame structure of FSAE racer, grasp the structure features and requirements, analyze the stiffness and strength, and finally optimize the frame.
The research result shows that the total mass of the frame have been decreased from 30.8kg to 27.6kg, which lightens 7.1%. And the experiment proves that the optimized frame can greatly satisfied the requirements of strength and stiffness.
What makes this paper different from the past is that most of the previous researcher usually use 2D element to build the frame FEA model, which is tedious and complex. And the elements between joints is difficult to divide. The BEAM element can greatly simplify the process of building and analyzing.
Key words: FSAE; frame; Hypermesh; FEA; optimizationdesign
 

目录
第1章绪论    1
1.1 FSAE赛事介绍    1
1.2 国内外研究现状    3
1.3 本文优化设计内容    6
第2章 FESA车架有限元模型    7
2.1有限元理论    7
2.2 HperMesh软件介绍    7
2.3 FSAE车架有限元模型创建    8
2.3.1 FSAE车架三维模型    8
2.3.2 车架梁单元的建立    9
第3章车架刚度强度分析    16
3.1 满载弯曲工况    16
3.1.1 满载弯曲工况下的载荷和约束    16
3.1.2 满载弯曲工况分析结果    17
3.2 满载扭转工况    20
3.2.1 满载扭转工况下的载荷和约束    20
3.2.2 满载扭转工况分析结果    21
3.3 满载加速工况    24
3.3.1 满载加速工况下的载荷和约束    24
3.3.2 满载加速工况分析结果    25
3.4 满载转弯工况    27
3.4.1 满载转弯工况下的载荷和约束    27
3.4.2 满载转弯工况分析结果    28
3.5 四种工况分析结果总结    31
第4章车架结构优化设计    32
4.1 2016年FASE赛事车架规范    32
4.2 车架优化设计模型建立    36
4.2.1 建立设计变量    37
4.2.2 建立约束条件    37
4.2.3 建立优化目标    39
4.3 优化结果分析    40
4.3.1 优化后的设计变量    40
4.3.2 优化目标结果及约束条件满足情况    41
第5章优化后车架的刚度强度    43
5.1 满载弯曲工况    43
5.2 满载扭转工况    46
5.3 满载加速工况    49
5.4 满载转弯工况    52
5.5 小结    55
第6章模态分析    57
6.1 模态分析理论    57
6.2 车架模态分析模型建立    58
6.3 模态分析结果    59
第7章总结    63
7.1 全文总结    63
7.2展望    64
参考文献    66
致谢    68