基于ANSYS的大学生节能车结构优化设计【全套CAD图纸+毕业论文】【三维PROE】

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摘  要

大学生节能车是由大学生设计的一种竞技型赛车。在过往比赛中，有很多各式各样的节能车出现。本设计主要针对大学生节能车进行整车设计方案的选择，对车身及车架进行设计并对车架进行强度校核。借助Pro/E和CATIA三维建模软件，有限元受力分析软件ANSYS，对车身及车架部分进行建模分析。进行ANSYS有限元分析。首先，借助Pro/E和CATIA三维建模软件对所设计的车身、车架及重要的零部件进行三维建模，通过Pro/E对所建的大学生节能车零部件模型进行大学生节能车整车的虚拟装配，然后通过Pro/E软件中的分析程序对装配后的整车进行简单的重心、惯性矩，使用CATIA分析程序中的曲率分析程序对节能车车身进行曲率分析，用专业的有限元分析软件ANSYS对节能车车架进行静力学分析及车架模态分析，依据有限元分析结果进行了较为深入的分析研究，并提出结构优化设计方案。

关键字：大学生节能车；结构设计；三维建模；有限元分析；结构优化

ABSTRACT

Students efficient car is designed by students of a sports-type car. In the past games, there are many kinds of energy-saving cars appear. The design of the main vehicle is for saving for college students the choice of vehicle design, the design of the body and frame and frame strength check. With Pro/E and CATIA the  three-dimensional modeling software, finite element analysis software ANSYS, part of the car-body and the car-frame modeling and analysis. ANSYS finite element analysis carried out. First, the use of Pro/E and CATIA three-dimensional modeling software designed body, frame and major components for three-dimensional modeling, through the Pro/E on the energy-saving cars built by students for students efficient car parts and components model of vehicle The virtual assembly, then Pro/E software analysis program for simple vehicle after assembly center of gravity, moment of inertia, the use of CATIA Analysis Program curvature analysis program for energy-saving vehicle body curvature analysis, finite element with a professional analysis software ANSYS, energy car chassis frame static analysis and modal analysis, finite element analysis is based on the results of a more in-depth analysis and study, and propose structural optimization design.

Keywords：Students efficient car；Structure design; three-dimensional modeling; Structure optimization; element analysis

目  录

摘  要  I
ABSTRACT II
第1章 绪  论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 研究内容及研究方法 2
1.3.1 研究内容 2
1.3.2 研究方法 3
第2章 节能车整车设计方案 4
2.1节能车结构分析 4
2.2 车轮配置 4
2.2.1 前一后二 4
2.2.2 前二后二 4
2.2.3 前二后一 5
2.3 车架结构 5
2.3.1 边梁式车架 6
2.3.2 中梁式车架 6
2.3.3 综合式车架 7
2.4 转向方案的确定 7
2.4.1中央支撑式 8
2.4.2阿卡曼式（梯形结构） 8
2.5 发动机布置、动力驱动传动方案 8
2.5.1发动机布置方案 8
2.5.2驱动传动方案 9
2.6 轮胎选择 10
2.6.1  20英寸节能车专用轮 10
2.6.2  20英寸自行车专用胎 10
2.6.3  26英寸管式轮胎 10
2.6.4  12英寸轮胎 11
2.7 车身造型 12
2.8 材料的选取 12
2.8.1 车架材料的选取 12
2.8.2 车身材料的选取 12
2.9 本章小结 12
第3章 节能车车架设计及校核 13
3.1 设计参数及要求 13
3.2 车架设计结构及其校核 13
3.3 材料截面尺寸的确定 15
3.4 车架外形结构设计 15
3.5 车架总体结构布置 15
3.6 转向机构的工作原理 17
3.7 转向机构分析 18
3.8 车身制作工艺分析 18
3.9 车架制作工艺分析 19
3.10 车身与车架连接方式 19
3.11 本章小结 20
第4章 节能车三维建模 21
4.1 CATIA车身建模 21
4.1.1  车身建模问题分析： 21
4.2.2  车身建立过程如下： 21
4.2 Pro/E车架建模 29
4.2.1  车架建模问题分析 29
4.2.2  车架建立过程如下 29
4.3 节能车主要部件建模 38
4.4 节能车车架装配 38
4.5 节能车整车装配 39
4.6 本章小结 40
第5章 节能车性能分析 42
5.1 Pro/E整车装配干涉检查 42
5.2 Pro/E节能车整车质量、重心及惯性矩分析 42
5.3 Pro/E与ANSYS的接口建立 44
5.4 车架静力学分析 46
5.4.1、将Pro/E的车架模型导入ANSYS中 46
5.4.2 单元类型的设定 46
5.4.3 车架静力学分析结果 48
5.4.4 车架静力学分析结果分析 50
5.5 车架极限转向分析 50
5.5.1 极限转向分析假设条件 50
5.5.2 将Pro/E的车架模型导入ANSYS中 50
5.5.3 单元类型的设定 50
5.5.4 车架极限转向分析结果 52
5.5.5 车架极限转向状态结论分析 54
5.6车架模态分析 55
5.6.1 将Pro/E的车架模型导入ANSYS中 55
5.6.2 单元类型的设定 55
车架模态分析结果 56
车架模态分析结果分析 60
有限元结论分析 60
5.8 车身曲率分析 61
5.9 车身曲率结果分析 63
5.10 结构优化措施 64
5.11本章小结 65
结  论  66
参考文献 68
致  谢  70
附录A  71
附录B  74

第1章绪  论

1.1研究目的及意义
随着汽车的发展形式和设计思想的转变，节能汽车与新能源汽车的开发逐渐并已成为是全世界的课题。而目前在环保节能车方面，仍然处于探索阶段。环保节能车大致可分为：新能源汽车，混合动力车及利用新技术改善汽车的运行条件从而实现对汽车使用者对燃油经济性的要求。而每年又有大大小小的汽车节能比赛，使得节能车渐渐地深入人心。各大汽车厂商每在大型汽车展销会上均有节能概念车发布，也表明要建设节能社会低碳社会的决心。减小车重、降低风阻、改善发动机系统等技术，以改善汽车燃油经济性。但由于生产和维修等条件的不足；生产条件和整车材料的技术要求不成熟，使得很多节能概念车没有量产。由日本本田公司发起的“HONDY”杯大学生节能车大赛便是旨在通过比赛提高社会的节能和环保意识，以推动全球车辆节能技术的发展为目的的比赛。由大学生所设计的节能车，在于以最低的燃油消耗量行驶最长的里程，不仅标志着当代大学生对环境保护的意识在提升，更是对节能车开发形式的一种探索。随着汽车行业的蓬勃发展，也随之进入了一个以“节能、环保、安全”为主题的全新汽车发展时期。这不仅顺应了对生活环境条件改善的要求，也符合建设低碳社会、低碳生活的原则。地球是我们赖以生存的家园，保护地球是我们的责任。在资源紧张、温室效应加剧、极端天气频发的条件下。开发节能车已被各国重视，很多国家、科研所和大学投入专项资金用于研发节能车。