CATIA的FSC赛车设计车架的设计与分析(2)
6.1发动机及路面频率 32
6.2车架模态分析 33
6.3本章小节 35
总结 36
致谢 37
参考文献 38
1 绪论
1.1引言
汽车车架是汽车的重要组成部分，车架有着承载和支撑其他零部件以及承受传递力与力矩的重要作用，所以车架的强度和刚度影响着汽车的整车性能（动力性、经济性、安全性、操纵稳定性）。所以，有必要对车架进行力学分析得到其刚度、强度与动态特性[1]。
由于车架的形状复杂，用传统的力学分析方法对车架进行力学分析将消耗大量的时间及资源，随着计算机与有限元法的发展，有限元法被广泛运用于车架的结构设计与分析的各个方面，特别是在车架的设计方面，这样会在很大程度上减少车架结构设计的时间，节约了设计成本。本文对南理工自主设计与制造的赛车车架进行不同工况下的刚度与强度分析与模态分析。
中国大学生方程式汽车大赛（SFC）是一项由高等院校的汽车工程专业相关的学生组队参加的汽车设计与制造的比赛[2]。在比赛中选手们相互交流，超越自我，大赛中便是对如何解决汽车设计各方面问题的一个思索，提供的每种可能在未来都有可能带来好的改变。
1.2汽车车架有限元分析的研究现状
1.3本课题主要研究内容
对与本课题主要的几个研究内容，本人拟准备从车架的结构设计，车架的力学分析、车架的模态分析等几个方面开展工作。
首先根据中国大学生方程式汽车大赛规则与任务说明书的要求计算车架主要尺寸并设计车架，利用三文建模软件CATIA建立车架3D模型。然后把建立好的车架3D模型导入有限元软件Midas中，经过几何处理后得到优良的有限元模型；最后对车架进行不同工况下的力学分析以及模态分析并且根据分析结果提出改进建议。本课题拟定的主要工作的流程图如图1.1所示：
1.1 本文研究内容的流程图
2 赛车车架结构设计
2.1大学生方程式赛车车架的设计要求
车架有着承载和支撑其他零部件以及承受传递力与力矩的重要作用，所以车架的强度和刚度影响着汽车的整车性能。这辆车是为了参加中国大学生方程式汽车大赛而设计制造的，车架的每个部件都有严格而详细的技术要求。具体要求如下：
（1）赛车车架必需包含两个具备斜撑的防滚架、有支撑系统和缓冲结构的前隔板、和侧边防撞杆结构；
（2）除驾驶舱必需要有开口之外，从赛车最前端到主防滚架的这段空间里，车身不准有别的开口;
（3）轴距不应该比1525mm小，车架长度不能超过车身长度;
（4）较小的轮距应不小于大轮距的75%。
2.2赛车车架的设计以及三文建模
2.2.1车架类型选择
车架的类型有很多，跟据不同的划分方法有不同的类型。大致可分为梯形车架、一体式金属车架、超轻量一体式车架、一体式复合材料车架、大梁车架、桁架式金属车架等类型。根据要求与规则，综合考虑后，可以在以下几种类型的车架中选择：
1）一体式金属车架
一体式金属车架简单来说便是车身的全部外壳自己就属于车架的一部分。但准确的说，一体式金属车架是通过不同的组件装配而成的。一体式金属车架的各组件一般都是用高压冲压机冲压制造，所以一体式金属车架先天就拥有良好的防撞性能，同时刚度也有所提高。是优点的同时也是它的缺点就是金属的使用，使其重量偏大。且一体式金属车架需要专用的设备（如压机、模具等）、以及较大的技术与资金投入。所以，这种车架比较适合于大批量的生产而小批量生产是不合适的。