一种基于三维建模的替代车架仿真方法及仿真系统技术方案

本发明专利技术属于替代车架技术领域，公开了一种基于三维建模的替代车架仿真方法及仿真系统，利用三维建模软件进行适用替代车架的建模、进行碳纤维复合层板弹性常数测试实验、利用ANSYS分析铺层角度和铺层厚度设计，再进行各种工况下的分析、得到碳纤维复合材料适用替代车架的具体工艺流程；对替代车架进行了扭转刚度与抗弯刚度仿真分析，静载、制动、急转弯工况仿真分析，以及模态分析的分析，最后对替代车架的工艺流程进行了阐述。本发明专利技术中的替代车架是以高刚度轻重量的碳纤维/环氧树脂复合材料为面板、低密度低强度的铝蜂窝为芯材的夹心结构壳体，具有高扭转刚度、轻重量、装配定位精准便捷、造型自由美观等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维建模的替代车架仿真方法及仿真系统
本专利技术属于替代车架
，尤其涉及一种基于三维建模的替代车架仿真方法及仿真系统。
技术介绍
目前，替代车架技术和复合材料技术最早起源于船和飞机之上，比如波音B787，在飞机机身和飞机机翼上使用了大量复合材料，1969年开始在汽车上使用。新材料的开发使用势在必行。F1赛事第一次出现适用替代车架并广为大家所知是在1962年参加F1赛事的LOTUS25采用了轻金属壳体车架，同时也可以算是现在适用替代车架的开山鼻祖，这次尝试获得了巨大成功，这辆赛车拥有更少的重量、良好的视野，扭转刚度更大，驾驶舱空间更宽敞，1962年赛季中，全程比赛共十站，取得了七站的胜利。至今，在国外大学生方程赛车比赛中，单体壳的使用率已经达到了百分之五十以上，特别是在电动赛车领域应用更加广泛。近年来，伴随着各个高校对大学生方程式大赛的关注度提高，各种新技术更多的出现大学生方程式赛车上，但是轻量化一直是汽车发展的趋势，也是大学生方程式大赛关注的重点之一。在轻量化的引导之下，复合材料作为赛车承载式车身材料也出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维建模的替代车架仿真方法，其特征在于，所述基于三维建模的替代车架仿真方法包括：/n利用三维建模软件进行适用替代车架的建模；进行碳纤维复合层板弹性常数测试实验；利用ANSYS分析确定铺层角度和铺层厚度；/n再进行各种工况下的分析，得到碳纤维复合材料适用替代车架的最优参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三维建模的替代车架仿真方法，其特征在于，所述基于三维建模的替代车架仿真方法包括：
利用三维建模软件进行适用替代车架的建模；进行碳纤维复合层板弹性常数测试实验；利用ANSYS分析确定铺层角度和铺层厚度；
再进行各种工况下的分析，得到碳纤维复合材料适用替代车架的最优参数。


2.如权利要求1所述的基于三维建模的替代车架仿真方法，其特征在于，所述基于三维建模的替代车架仿真方法具体包括：
利用三维建模软件进行适用替代车架的建模；
利用软件对于模型进行铺层角度和铺层厚度设计分析；
进行碳纤维复合层板弹性常数测试验证分析结果；
利用软件对替代车架进行各种极限工况下的理论分析；
分析碳纤维复合材料适用替代车架的具体工艺。


3.如权利要求1所述的基于三维建模的替代车架仿真方法，其特征在于，所述碳纤维复合层板由碳纤维复合材料作为面板，中间为由蜂窝铝作为夹芯材料做成的复合材料板材；
进行碳纤维复合层板弹性常数测试包括以下步骤：
S1，选择相应配套的楔形夹具为试验卡具；
S2，用三角板调整试样的垂直对中性，卡紧试样；
S3，调整力学试验机横梁位置，依次连接应变片导线与应变仪；
S4，力学试验机配套的计算机控制软件，按照具体试验机设置参数，然后记录与收集数据，得到不同角度的力-位移和应变-时间曲线图；
S5，对收集数据进行处理，得到横向、纵向、法向的拉伸模量E1、E2、E3，泊松比μ12、μ13、μ23、剪切模量G12、G13、G23，E2＝E3，G12＝G13，μ12＝μ13；
E1和μ12计算公式如下：






式中：b为试件宽度；t为厚度；P1为1方向载荷；ε1，ε2分别为1,2方向的应变；
计算G12的公式如下：



E2为90°试样件的弹性常数；
计算E45的公式如下：



剪切模量G23由下面的公式得出



其中，fG通过二次方程得到



A＝3c1c2(1-Vf)2Vf+(c2η0-c3Vf3)(c1η0Vf-c4)



C＝3c1c2(1-Vf)2Vf+(c2+c3Vf3)(c1Vf+c4)

η0＝3-4ν0，η1＝3-4ν1
ν0—基体的泊松比；
ν1—纤维的泊松比；
Vf—纤维的体积分数；
G0—基体的剪切模量；
G1—纤维的剪切模量；
泊松比ν23由以下公式得到：





4.如权利要求1所述的基于三维建模的替代车架仿真方法，其特征在于，利用ANSYS分析铺层角度的具体方法为：
S11，定义层合板单层的铺设方向和铺设顺序的标记、复合材料层合板的标记，选择结构的主轴方向为参考坐标系；
S12，在ANSYSY中建立150X50X2mm的层合板，每层厚度为0.5mm，共四层，然后将层合板的四边固定，给面上加载1000N的均布载荷；
S13，构建不同铺层角度的层合板抗弯刚度仿真位移云图；
利用ANSYS分析铺层厚度时，采用0°/90°交织布进行铺层厚度的刚度仿真，具体包括：
S21，建立500*275的矩形模型，复合材料面板选用T_700的单向带，设置铺层，每层0.4mm、2层T_700单层单、互为90°，夹芯层选用15mm的蜂窝铝，铺层角度互为90°；
S22，通过workbench_ACP模块进行铺层，铺层角度选取一样，改变铺层层数，计算弯曲刚度；
S23，设置的边界条件为7000N的力，将275mm的两边按照简支梁的约束方式进行约束。


5.如权利要求1所述的基于三维建模的替代车架仿真方法，其特征在于，进行各种工况下的分析时，对静载工况、转向工况、制动工况、弯曲刚度、扭转刚度和六阶模态进行分析；
在进行扭转刚度测试时，首先约束前悬架硬点的所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：石振，付文福，郭建伟，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42