赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法

本发明属于赛车车架，特别涉及赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法。

背景技术：

1、方程式赛车，是通过针对某些特定要求的车辆进行开发，逐步发展至对车辆设计制造全过程的深入研究。车架作为赛车的主要骨架。主要功用在于支撑、连接汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受汽车内外的各种载荷。作为整车的重要组成部分，不仅需要足够的刚度和强度，还要满足轻量化设计和空气动力学等要求，必须具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。一般通过平面软件建立整车平面模型，然后进行三维建模，最后通过有限元软件进行力学分析，从而提高整车的力学性能，优化各方面属性，但是目前的分析方式主要采用hypermesh进行力学分析，在车架所受载荷方面和行驶状态下极端工况分析不够清晰，存在诸多弊端。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，根据预构车架模型，分析车架载荷、扭转刚度及行驶过程中极端状态的工况，分析计算各项数值，快速制定车架结构及使用材料，不仅能节约赛车车架的制造成本，优化力学结构和节点位置，更能显著提升赛车整体结构的安全性和可靠性。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，包括以下步骤：

3、1）在 catia软件中先确定出主环、前环关键位置的节点，结合悬架硬点，预先勾勒出桁架式车架的初步线框图，确定车架基础模型；

4、2）然后根据钢管规格对线框扫掠得出初步的桁架式车架三维模型图；

5、3）依据赛事规则和人机工程对桁架式车架的空间结构进行调整；

6、4）依据传动系统后桥总成的零件大小和装配位置以及赛车后悬架硬点位置，生成桁架式车架初步模型；

7、5）依托有限单元法分析桁架式车架初步模型，桁架式车架初步模型导入ansysworkbench中，采用beam 188 单元建立有限元模型，根据设计要求赋予钢管不同的截面形状；

8、6）依托多点约束方程法，通过对接触面间添加内部生成的约束方程来限制其相对滑动，令接触节点的自由度消除；

9、7）对桁架式车架初步模型自动划分梁单元网格，分析桁架式车架初步模型收到的静态载荷；

10、8）分析计算桁架式车架初步模型的扭转刚度；

11、9）分析桁架式车架初步模型在行驶赛道上的高速转弯工况或紧急制动工况。

12、优选地，所述的步骤s5中，桁架式车架钢管所用材料为4130钢铁。

13、优选地，所述的步骤s6中，分析过程中认定钢管与副车架通过4 个公制 12.9 级螺母与钢管内置的自制螺母连接绑定，赛车运动过程中连接点无相对位移。

14、优选地，所述的步骤s7中，划分梁单元网格后，选取网格单元尺寸为4mm，车架划分网格后的节点138127个，总单元数为36951个。

15、优选地，所述的步骤s7中，车架收到的静态载荷包括自重和负重。

16、优选地，所述的步骤s8中，作用于车架的扭矩值的计算式为

17、

18、车架扭转角的计算式为

19、

20、车架的扭转刚度的计算式为

21、

22、式中，m—等效扭矩；fr，fl—施加强制位移点的作用反力；l—强制位移点间的距离；式中，θ—车架扭转角，即两根上前悬安装杆相对转过的角度；x—两交点施加的强制位移之差。

23、本发明可达到以下有益效果：

24、本发明所述赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，根据预构车架模型，分析车架载荷、扭转刚度及行驶过程中极端状态的工况，分析计算各项数值，快速制定车架结构及使用材料，不仅能节约赛车车架的制造成本，优化力学结构和节点位置，更能显著提升赛车整体结构的安全性和可靠性。

技术特征：

1.赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，其特征在于：所述的步骤s5中，桁架式车架钢管所用材料为4130钢铁。

3.根据权利要求1所述的赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，其特征在于：所述的步骤s6中，分析过程中认定钢管与副车架通过4 个公制 12.9 级螺母与钢管内置的自制螺母连接绑定，赛车运动过程中连接点无相对位移。

4.根据权利要求1所述的赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，其特征在于：所述的步骤s7中，划分梁单元网格后，选取网格单元尺寸为4mm，车架划分网格后的节点138127个，总单元数为36951个。

5.根据权利要求1所述的赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，其特征在于：所述的步骤s7中，车架收到的静态载荷包括自重和负重。

6.根据权利要求1所述的赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，其特征在于：所述的步骤s8中，作用于车架的扭矩值的计算式为

技术总结
赛车车架模型预测外界载荷的分析预测方法，包括以下步骤：在CATIA软件中先确定出主环、前环关键位置的节点，结合悬架硬点，预先勾勒出桁架式车架的初步线框图，确定车架基础模型；然后根据钢管规格对线框扫掠得出初步的桁架式车架三维模型图。采用上述方法，根据预构车架模型，分析车架载荷、扭转刚度及行驶过程中极端状态的工况，分析计算各项数值，快速制定车架结构及使用材料，不仅能节约赛车车架的制造成本，优化力学结构和节点位置，更能显著提升赛车整体结构的安全性和可靠性。

技术研发人员：兰建平,肖立,董秀娟,魏小源
受保护的技术使用者：湖北汽车工业学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17