基于ANSYS Workbench的FSC钢管桁架式车架设计

FSC车架用于连接支撑动力、悬架、空套等系统，需兼顾强度、刚度、轻量化与紧凑性。赛事十年来钢管车架技术成熟，但单体壳成本高，多数车队仍用钢管方案。我们采用钢管桁架+铝制副车架，低碳钢管经冷弯、磨、焊制成高刚度车架。

CATIA建模时，因圆钢管截面远小于长度，选用梁单元分析。不做实体，而是画出各管中心线连成线框，扫掠生成圆柱面用于总装，展开可得坡口图。隐藏扫掠保留线框导入ANSYS，分析前用分割命令断开所有交点，确保力通过节点正确传递。

03在ANSYS中对模型的处理

导入ANSYS中的线框，在DesignModeler中赋予横截面。

   （25.4mm×1.65mm管件横截面草图）
 

   （演示车架使用了四种圆管一种方管）
 

画出网格

   （梁单元分析网格展示）
 

  04FSC车架分析时

五种工况+两个刚度+模态

（1）弯曲工况

（2）弯扭组合工况

（3）侧向加速度工况

（4）纵向加速度工况

（5）侧向和纵向组合加速度工况以及弯曲刚度、扭转刚度。

      大赛规则限制了制作FSC车架使用的材料、必要的主体结构，力求最大限度保护车手的安全，这里主要讲一下扭转刚度。

车架扭转角度的计算公式为：

式中：q为车架扭转的转角度；d为车架上两强制位移约束端的位移差；L为两约束端的距离。

作用在车架上的扭矩值为：

上式中：Mn为扭矩:RR-RL为两约束端的反作用力差。

   得到车架扭转刚度为：

     对车架进行扭转刚度分析时，在左前悬架连接点施加10mm 沿Z 轴正方向的位移约束，在右前悬架连接点施加10mm 沿Z 轴正负方向的位移约束，约束后悬架连接点在X 轴、Y 轴和Z 轴方向的平移自由度。扭转刚度分析时车架的变形如图所示。

查询分析结果可得扭转刚度的计算参数将各参数代入公式即可得出车架的扭转刚度。相同质量下，扭转刚度越大，底盘效果越好。若要增大车架的扭转刚度，可增加车架上管件构成的三角结构，增加车架横向与纵向的连接管件，加宽车架，或安装横向稳定杆。话虽如此，也不能盲目追求过大的扭转刚度，适当即可，不然则会引出一系列新的问题，例如车架质量增大、制造变得复杂困难等。

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