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基于整车动力学仿真的FSAE赛车转向节有限元分析及优化

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目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 转向节的国内外研究现状

1.3 课题来源与主要研究内容

第二章 FSAE赛车转向节设计参数的确定

2.1 FSAE赛车转向节的基本要求

2.2 FSAE赛车转向节的结构形式

2.3 FSAE赛车转向节材料

2.4 FSAE赛车转向节设计参数

2.5 本章小结

第三章 FSAE整车动力学仿真及转向节动态载荷

3.1 ADAMS软件介绍及建模方法简介

3.2 FSAE赛车系统动力学模型的建立

3.3 FSAE赛车动力学整车模型验证

3.4 基于动力学仿真的转向节载荷估计

3.5 本章小结

第四章 FSAE赛车转向节有限元分析

4.1 ANSYS软件介绍及有限元分析步骤

4.2 有限元模型的建立

4.3 转向节原始模型有限元分析

4.4 本章小结

第五章 FSAE赛车转向节结构优化

5.1 结构优化基础

5.2 转向节结构优化方案分析

5.3 转向节优化结构有限元分析

5.4 方案对比

5.5 本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

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摘要

本文以FSAE赛车的转向节为研究对象,运用动力学仿真技术和有限元分析法,对转向节进行结构优化设计,在保证赛车的安全性的同时提高赛车的动力性和操纵稳定性。论文研究可为FSAE赛车零部件的设计提供参考,具有重要的现实意义。
  论文以2015届赛车转向节为设计原型,对转向节的结构要求、结构形式、以及所用材料进行分析,在此基础上,建立转向节初始三维模型;之后采用ADAMS/car模块建立整车的动力学模型,通过稳态回转试验和直线加速试验验证模型的准确性,确定赛车在比赛过程中的四种极限工况并进行动力学仿真,得出转向节各连接点在四种工况下的载荷情况。
  在ANSYS/workbench模块中,建立转向节的有限元模型,在最大制动力工况和最大侧向力工况下对转向节进行静应力分析,确定是否有优化空间。
  确定优化目标,在ANSYS/optimization模块中对转向节进行拓扑优化,利用ANSYS/structure模块对优化结果进行校核,通过迭代优化以达到优化目标,对优化后的转向节进行模态分析,确保转向节的稳定性,并进行连续制动疲劳寿命分析、连续转向疲劳寿命分析,确保转向节的安全性,将2015年与2016年的转向节进行最大侧向力工况下的对比,检查优化效果。通过本文对转向节的优化设计研究,为FSAE赛车零部件的设计提供参考。

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