坚固的赛车设计

ANSYS 软件有助于设计HIT赛车队的轻型汽车。

哈尔滨工业大学赛车队和汽车。


郝玉洲

哈尔滨工业大学赛车队和汽车。 哈尔滨工业大学赛车队和汽车。

T哈尔滨工业大学(HIT)赛车队对汽车设计中仿真的使用非常熟悉。该团队曾参加过德国方程式大学生赛和日本方程式大赛;它在2013年获得了中国学生方程式大赛的二等奖。ANSYS软件在设计团队的许多方面都发挥了作用’的轻型车辆,包括独特的碳纤维硬壳,空气动力学和进气系统。在该团队的58位成员中,有30位使用ANSYS工具通过采用ANSYS Mechanical,ANSYS Fluent,ANSYS Composite PrepPost,ANSYS DesignXplorer和ANSYS LS-DYNA来实现各自的设计目标。

最大总变形模拟用于获得单壳车身的扭转刚度,这是其性能的重要因素。 最大总变形模拟用于获得单壳车身的扭转刚度,这是其性能的重要因素。

该团队使用参数仿真和优化技术克服了设计难题。学生可以使用ANSYS DesignXplorer进行参数化,以创建速度更快,功能强大,轻巧且可靠的汽车。通过ANSYS Workbench访问的多物理场功能使HIT团队成员能够开发与实际条件紧密匹配的模型。

HIT团队使用ANSYS Composite PrepPost来模拟车辆硬壳的刚度,以减轻分层复合车身的重量。团队成员将实验与ANSYS仿真相结合,以开发复合材料。 Composite PrepPost的直观界面有效地定义了物料,层和堆叠顺序;它还提供了最先进的失效标准选择。 ANSYS求解器为获得准确的结果奠定了基础,物理测试得出的数据与分析结果一致。该软件帮助团队提高了底盘的刚度并减少了局部应力集中。最终的单体外壳重量为18.4千克(40.6磅),比以前的版本轻2.6千克(5.7磅)。该团队还使刚度/重量比提高了14%。

FSI模拟 进气口的流固耦合模拟。团队需要找到一种在负压下变形小于0.5毫米的设计,以免影响气流。

车辆的进气口是借助Fluent与ANSYS Mechanical软件相结合的流固耦合(FSI)进行设计的。发动机的进气系统在运行期间会承受负压。通过收集歧管压力传感器数据,HIT团队发现进气歧管中的峰值负压为0.7 bar。这种负压水平会改变进气系统的形状,进而影响歧管内部的流场,甚至会破坏进气口的结构。

 空气动力学 车辆空气动力学分析。

由于该团队将碳纤维复合材料用于进气系统,因此使用FSI系统分析来确保整体刚度,减轻重量和优化层设计。

通过ANSYS的正式培训,可以对仿真进行广泛使用,使团队可以在设计过程的早期开始仿真。此外,在模拟方面经验丰富的团队成员还与ANSYS专业工程师一起开发了最佳实践。该团队发现,ANSYS Workbench对于新用户而言很容易学习,并提供了良好的网格控制以及准确的仿真结果。

 竞速 每年,世界各地的学生都在工程竞赛中使用模拟,这不仅很有趣,而且为将来的职业做好了准备。

使用工程仿真使团队能够探索许多设计并仅制造最佳设计。对于未来的竞赛用车,HIT赛车队将需要进行进一步的模拟,因此他们计划训练更多的团队成员使用ANSYS软件,并使用其他模块进行耦合模拟。

郝玉洲为中国哈尔​​滨工业大学HIT赛车队的底盘设计和有限元分析工作。本文最初发表在《 ANSYS优势》杂志上。第八版,第一期,2014年。

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