大学生方程式赛车车身外流场ANSYS分析报告

河北工业大学2015届本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计（论文）题目：汽车外流场分析研究专业（方向）：车辆工程学生信息：110324、田野、车辆113指导教师信息：86024、武一民、教授报告提交日期：2015年3月23日内容要求：1.研究背景随着汽车工业的不断发展和制造技术的快速提高，汽车的外部造型和气动特性受到了极大的关注。

汽车气动阻力在很大程度上影响着汽车性能，尤其对于高速行驶的汽车，气动力对其性能的影响占主导地位，因此良好的空气动力稳定是汽车高速、安全行驶的前提和必要条件。

因此，在汽车开发过程中，研究并优化汽车的空气动力性能非常重要。

空气动力学是来自于汽车外部的约束条件，它主要研究的是汽车的气动特性，其研究成果不仅直接影响着汽车的动力性、燃油经济性、操纵性、稳定性、舒适性、安全性等，还间接影响着轿车的外观款式及审美的流行趋势【1】。

汽车行驶时所受的空气作用力可以被分解为阻力,升力,侧向力,横摆气动力矩,纵倾气动力矩,侧倾气动力矩6个分量。

在这6个分量中,由于当今汽车空气阻力所消耗的动力至少和滚动摩擦相当【2】，所以长期以来空气阻力系数的大小就成为衡量汽车空气动力性能的最基本的参数,因此汽车空气动力学的最主要的研究内容也就是设法降低汽车的空气阻力系数。

减小空气阻力主要是通过减少汽车的迎风面积和空气的阻力系数来实现，一般而言迎风面积取决于汽车的体积，空气阻力取决于车身造型。

因此，汽车车身紧凑和流线形是提高燃油经济性、充分发挥汽车动力性的途径。

不同的车身造型会使得车身风压中心的位置不同，汽车在高速行驶的情况下，因受到气动侧向力的作用而使得汽车轮胎的附着力减小，造成汽车极其容易跑偏，即使得汽车的操纵稳定性有所下降【3】。

因此，车身气动造型的完美与否对汽车的性能有着至为重要的影响。

不同的气动造型会给车身带来不同的气动力效应,从而影响到汽车的各项性能。

良好的气动造型设计应该具有较小的气动阻力系数。

第8期2019年3月No.8March ，2019杨晨1，沈颖杰2，李垚3（1.江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212000；2.江苏大学能源与动力工程学院，江苏镇江212000；3.江苏大学材料科学与工程学院，江苏镇江212000）引言影响赛车动力性的因素有很多，汽车之所以能在路面上行驶依靠的是轮胎与地面的摩擦力。

因此，足够的地面附着力是汽车动力性提高的前提。

据统计，赛车大约有80%的附着力是由下压力产生，剩余的20%由轮胎提供［1］。

事实上，仅仅通过轮胎来获得足够的下压力是不现实的，而赛车的下压力不足将影响赛车在高速行驶过程中的稳定性，安全性也将没有保障。

文章分析了赛车空气动力学套件，包括前翼、尾翼和扩散器，尾翼增设格尼襟翼来增加赛车的下压力，提升制动时的稳定性。

该空套可显著提高赛车的下压力，使赛车得到较好的地面附着力，获得优良的动力性并改善赛车的空气动力学性能和操纵稳定性。

1技术路线1.1流场数值模拟气动特性研究的方法主要有风洞试验法和数值模拟法。

由于风洞试验在流场分析过程中存在局限性，而数值模拟又有诸多的优点，因此数值模拟在汽车气动性能分析中很受科研工作者的青睐。

但由于受数值计算方法、计算流体力学以及计算机本身等制约，数值模拟不能完全等同于风洞试验［2］。

数值模拟是利用计算机，通过对流动控制方程的数值求解，达到对汽车流场特性研究的目的。

通过计算周围的气流，将结果可视化，可以看到流场的细节，进而分析流动的分离、表面压力分布、某点受力大小等。

1.2基本控制方程及湍流模式基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。

联立可得Navier-Stokes 方程［3］（见式1）。

∂∂t (ρu i )+∂∂x j (ρu i u j )=-∂p ∂x i +∂τij ∂c j+ρg i +F i （1）N-S 方程反映了黏性流体（又称真实流体）流动的基本力学规律，在流体力学中有十分重要的意义。

河北工业大学毕业设计说明书(论文)作者：田野学号：110324学院：机械工程学院系(专业)：车辆工程题目：汽车外流场分析研究指导者:武一民教授(姓名）(专业技术职务) 评阅者：(姓名) （专业技术职务）2015 年 6 月 8 日目录1 绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1。

2 国内外发展状况 (2)1.3 毕业设计的主要内容 (4)2 汽车外流场分析的理论基础 (5)2。

1 引言 (5)2。

2 气动力 (5)2。

3 负升力产生原理 (6)2.4 负升力与操纵稳定性 (7)2.5 空气动力学套件 (7)2.6 流体数值模拟的理论基础 (11)3 赛车外流场分析 (15)3.1 赛车车身模型的建立及简化 (15)3.2 划分网格 (16)3。

3 边界条件的设定 (17)3.4 FLUENT计算结果 (19)3。

5 赛车仿真结果分析 (19)4 空气动力学套件方案确定 (23)4。

1 前翼的设计 (23)4。

2 尾翼的设计 (26)5 加装动力学套件后赛车仿真结果分析 (29)5。

1赛车模型的建立 (29)5.2赛车仿真结果分析 (29)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)1 绪论1.1 研究背景及意义随着汽车工业的不断发展,汽车的外部造型和气动特性受到了越来越多的关注和重视。

汽车的性能在很大程度上受汽车气动力的影响，尤其对于高速行驶的汽车,气动力对其性能的影响是非常大的,因此汽车高速、安全行驶的必要前提之一就是具有良好的空气动力性能。

因此，在汽车的开发中，对汽车空气动力性能的研究越来越得到汽车制造商的重视。

空气动力是来自于汽车外部的约束，其研究成果不仅直接影响着汽车的动力性、燃油经济性、稳定性、安全性、操纵性、舒适性等，还会间接地影响汽车的外观及审美的流行趋势[1]。

汽车行驶时所受的空气作用力可以被分解为阻力、升力、侧向力、横摆气动力矩、纵倾气动力矩、侧倾气动力矩六个分量[2].在这六个分量中，汽车空气阻力所消耗的动力和滚动摩擦所消耗的动力是大小相当的，因此气动阻力系数就成为了衡量汽车空气动力性能的最基本的一个参数，也就是说如何降低汽车的空气阻力系数成为汽车空气动力学最重要的一项研究内容。

大学生方程式赛车车身外流场S Y S分析报告Prepared on 22 November 2020大学生方程式赛车车身外流场ANSYS分析报告指导老师：詹振飞小组序号：第五小组小组成员：刘宇航黄志宇谢智龙陈治安重庆大学方程式赛车创新实践班二〇一六年十月摘要大学生方程式赛车起源于国外，近几年才在国内兴起并得以迅速发展，成为各个高校研发实力的侧影，因此得到了各个高校的重视，赛车外形设计更是赛车很重要的一部分，它不仅是赛车的外壳，更可以利用空气动力学来为赛车减少阻力，提高赛车的性能。

因此外形设计时赛车总体设计中很重要的一部分，通过有限元法对赛车外壳进行风洞模拟测试对赛车外形的改进及优化分析有重要的意义。

利用ANSYS中的fluent进行有限元模拟风洞试验试验，能够准确反映汽车行驶状态时的空气动力学特性数据，其研究对象主要有汽车空气动力特性和汽车各部位的流场。

ANSYS在此过程中起到极其重要的作用。

对于一辆优秀的赛车而言，它的性能不仅取决于优秀的结构设计和强劲的发动机性能，还在一定程度上取决于它的外形。

赛车的外形不仅能够影响赛车的美观度，更重要的是能够影响车身所受的阻力。

因此，如果赛车有一个好的外观设计，利用好空气动力学的原理，则能够在一定程度上减小车身的阻力，从而提高整车的性能。

本小组利用CATIA等建模软件建立了适当的赛车外观模型。

在此基础上，利用ANSYS中的Fluent进行有限元的模拟风洞试验，并得出了一定的结论，整理成报告。

关键字：CATIA三维设计，车身外流场，ANSYS，风洞模拟，有限元1.利用三维建模软件建立车身模型在2016年发布的大赛规则限定的范围内，本小组利用CATIA等相关的建模软件建立了合适的赛车车身模型，以用于后续分析。

年大赛关于车身的部分规则要求1)赛车的轴距至少为 1525mm（60 英寸）。

轴距是指在车轮指向正前方时同侧两车轮的接地面中心点之间的距离。

2)赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的 75%。

毕业设计说明书(论文)学院：机械工程学院系(专业)：车辆工程题目：汽车外流场分析研究本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计（论文）题目：汽车外流场分析研究专业（方向）：车辆工程内容要求：1.研究背景随着汽车工业的不断进展和制造技术的快速提高，汽车的外部造型和气动特性受到了极大的关注。

汽车气动阻力在专门大程度上阻碍着汽车性能，尤其关于高速行驶的汽车，气动力对其性能的阻碍占主导地位，因此良好的空气动力稳固是汽车高速、平安行驶的前提和必要条件。

因此，在汽车开发进程中，研究并优化汽车的空气动力性能超级重要。

空气动力学是来自于汽车外部的约束条件，它要紧研究的是汽车的气动特性，其研究功效不仅直接阻碍着汽车的动力性、燃油经济性、操纵性、稳固性、舒适性、平安性等，还间接阻碍着轿车的外观样式及审美的流行趋势【1】。

汽车行驶时所受的空气作使劲能够被分解为阻力,升力,侧向力,横摆气动力矩,纵倾气动力矩,侧倾气动力矩6个分量。

在这6个分量中,由于现今汽车空气阻力所消耗的动力至少和转动摩擦相当【2】，因此长期以来空气阻力系数的大小就成为衡量汽车空气动力性能的最大体的参数,因此汽车空气动力学的最要紧的研究内容也确实是设法降低汽车的空气阻力系数。

减小空气阻力主若是通过减少汽车的迎风面积和空气的阻力系数来实现，一样而言迎风面积取决于汽车的体积，空气阻力取决于车身造型。

因此，汽车车身紧凑和流线形是提高燃油经济性、充分发挥汽车动力性的途径。

不同的车身造型会使得车身风压中心的位置不同，汽车在高速行驶的情形下，因受到气动侧向力的作用而使得汽车轮胎的附着力减小，造成汽车极为容易跑偏，即便得汽车的操纵稳固性有所下降【3】。

因此，车身气动造型的完美与否对汽车的性能有着至为重要的阻碍。

不同的气动造型会给车身带来不同的气动力效应,从而阻碍到汽车的各项性能。

良好的气动造型设计应该具有较小的气动阻力系数。

世界汽车造型的进展大体与降低风阻系数的技术研究同步，从箱型、流线型、船型到鱼型和契型，每一次造型风格转变都带来了风阻系数的大幅降低【4】。

大学生方程式赛车的空气动力学套件的建模与流场分析作者：马健王玮王凯鹏来源：《科技资讯》 2015年第7期马健王玮王凯鹏（南京农业大学工学院江苏省南京市 210031）摘要：汽车的空气动力学特性被越来越多的人所重视，对汽车的操控性与稳定性都产生影响。

本文利用Catia软件对设计的空气动力学套件进行三维模型的建立，并与赛车装配，利用有限元分析软件ANSYS进行流场分析，得出赛车的流场特性，为其改进设计提供依据。

空气动力学在赛车领域的应用是非常广泛的，我们将此应用于大学生方程式赛车上面，给赛车加装空气动力学套件，使其的操纵性能得以提升。

[关键词]：Catia；ANSYS；流场分析中图分类号： U461.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0000-001. 赛车空气动力学研究意义在赛车运动中运用负升力原理而改善赛车性能措施被证明是极其有效的，气动负升力在不增加赛车质量的情况下改善了轮胎与路面的附着情况，提高了赛车在平直赛道高速行驶时的动力性及紧急刹车时的制动性能，也改善了赛车的操纵稳定性能[1]。

本文中空气动力学套件由前翼、尾翼、底部扩散器组成，通过对加装空气动力学套件和不加装空气动力学套件的三维模型分别进行流场分析，得出赛车的流场特性。

2. 赛车空气动力学套件的三维建模中国大学生方程式赛车的比赛中，赛车由在校学生按照赛事规则和赛事标准，进行独立设计制造，赛事组委会因考虑赛事安全，在比赛中会在赛道上人为设置一些绕桩区，人为限制赛车在赛道中的最高车速，并且赛道以弯道为主，提升过弯速度与加速性能变得尤为重要。

考虑到这些原因，空气动力学套件设计的目标就是在较低速度下20m/s的情况下获得较大的下压力，并尽可能减少空气阻力。

在赛车的行驶过程中，由前翼、尾翼和底部扩散器产生下压力，其中前翼和尾翼产生下压力的来源是升力翼片，升力翼片的不同结构会影响不同的空气动力学性能，而底部扩散器的负升力来源是利用地面效应。

汽车工业研究·季刊2020年第4期基于ANSYS 的FSEC 赛车车架分析▶◀……………………………………………………………………………王耀杰要志斌郭永瑞李思彤引言E35是由万里车队自主研发的第一代FSEC （中国大学生电动方程式大赛）赛车。

车架是赛车的机体，其支撑并连接赛车各总成，使各总成保持相对位置，并承受赛车内外的各种载荷。

根据方程式大赛规则，车架有单体壳和钢管桁架结构两种方式，综合考虑其加工成本及加工难度，本车架使用钢管桁架结构。

在设计车架后运用ANSYS 有限元软件对其进行分析，以满足赛事要求并顺利参加比赛。

车架材料选择钢管桁架结构车架通常采用薄壁圆管或矩形管焊接而成。

根据方程式大赛规则，可以选择圆管或矩形管作为材料。

而圆管的坡口处理相较于矩形管来说较为简单，焊缝成型更好一些。

所以选用25.4×2.4、25.4×1.65、25.4×1.2的薄壁圆管规格，同时根据市场调研，决定弯管部分采用25.4×2.4的4130钢管，直管部分采用25.4×1.65及25.4×1.2的高强度BR1500钢管作为车架材料。

车架有限元模型建立依据方程式大赛规则在CATIA 中进行车架的建模，在规则的允许范围内设计出科学合理的能够承载赛车所有部件并符合人机工程的车架如图1。

将CATIA 中的车架模型导入AN⁃SYS 中，并在车架上添加受力点（用于分析过程中集中力的加载），如图2所示，受力点主要是各个总成系统吊耳与车架的连接点。

网格划分本车架采用扫掠划分与四面体网格划分相结合的形式。

由于车架均为薄壁圆管结构。

在建模过程中使用扫掠命令来建模。

在网格划分过程中，对应使用“sweep ”命令来划分网格。

在CATIA 处理坡口的过程中破坏了部分管件的扫掠命令，为避免坡口对接时造成管件的网格质量不佳，部分管件采用四面体网格划分，如图3所示，为座椅后安装杆与侧边防撞杆连接处的网格划分情况。

基于ANSYS的FSC赛车车架有限元分析【摘要】中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSC”）是一项由高等院校汽车工程相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛[1]。

对于非承载式车身的赛车，车架承载着赛车整个车体，车架的结构强度很大程度上影响着整车的安全性、动力性、舒适性、操纵稳定性等多种综合性能。

本文对FSC赛车车架进行典型工况下的强度和刚度校核，确定其固有频率及稳定性，并进行疲劳分析，得出车架应力应变结果，为结构的改进提供合理化建议。

【关键词】FSC;ANSYS/Workbench;车架;分析1 车架有限元模型建立1.1三维模型导入及网格划分本文FSC赛车车架采用桁架式结构，在Catia中完成三维模型建立，将其转化成IGS文件导入到ANSYS Workbench中，车架选用4130合金钢，弹性模量为2.11E11Pa，泊松比为0.279，密度为7850 kg·m-3，屈服强度为785MPa，强度极限930MPa。

文中将车架的CATIA模型导入到ANSYS Workbench中，进行模型简化处理[2]。

网格划分是有限元分析前处理中的关键步骤，对后面分析的结果有重要影响。

在进行网格划分时，本文对一些主要的受力部位进行网格细化，取1mm的网格大小，对一些非重要受力部位统一采用10mm的网格大小来进行划分，在保证分析精确度的同时还可以提高整个网格分析的效率。

划分结果为分成7809个节点，4423个单元[3]。

2车架工况分析2.1弯曲工况分析：弯曲工况是指赛车在满载状态下匀速行驶的状况。

计算弯曲工况时，由于车辆行驶的动态效应，车架承受的实际载荷需乘上一个动载因数，一般为 2.0-2.5，本文取 2.5，车架静态工况加载方式为：重力场加载800N;座舱底杆集中载荷1875N;发动机固定杆集中载荷2000N;差速器支撑杆集中载荷300N。

在分析中忽略对整车分析影响较小的零件，重力加速度取10m/s?[4]。

第39卷第3期 太原科技大学学报2018 年 6 月J O U R N A L O F T A IY U A N U N IV E R S IT Y O F S C IE N C E A N D T E C H N O L O G YV o l . 39 N o . 3J u n .2018文章编号：1673 -2057(2018)03 -0210 -05基于ANSYS 的赛车车身分析常丽，张喜清(太原科技大学机械工程学院，太原030024)摘要：以参加第九届H o n d a 中国节能竞技大赛的赛车车身为研究对象，利用C A T IA 软件建立赛车车身几何模型.用A N S Y S 对赛车车身进行模态分析，保证赛车在行驶过程中不会与来自路面和发动 机的激励频率发生共振，利用F L U E N T 软件，基于S S T 湍流模型理论，对赛车车身进行三维外流场空气 动力学数值模拟，得到压力云图、速度云图、气动阻力和气动阻力系数。

对模拟结果进行分析，提出该赛 车车身形状优化方法。

关键词：赛车车身；模态分析；空气动力学中图分类号：U 463.82 +9文献标志码：Adoi ：10. 3969/j .iss n. 1673 - 2057. 2018. 03.008赛车主要由车架、车身、发动机和车轮等组成。

赛车在规定 上行驶，跑道相对平坦，为了节，在行 程速，再减速，所以在行驶过程中受到的阻力主要有：加速阻力、滚动阻力和空气。

加速由赛车加速 车质量决定。

滚动阻力的大于轮胎和整车质量，选取滚数轮 车质量可以达到滚 目的。

空气 大小在很大程度上取决于车身外形，这就要求车身具有较好的空气动力学 。

空气学越的车身造型可高赛车的成绩，所以车身工程越来越引起人们的重视[1]。

本文 第九届H o n d a 中国节能竞技大赛的赛车车身为研究对象，对赛车车身进行态分析 气 学分析，为下一代车身设计提一定论指导。

1赛车车身模型第H onda国节 技大车车身设计 遵循节 技大车身设计，参秀赛车车身外形，结合人机工收稿日期:2016-09-13作者简介：常丽（1990 -)，男，硕士研究生，主要研究方向为车辆传动与结构优化设计;通信作者：张喜清副教授，E -m a il :873102049 @ qq . com程学原理，同时满足车手安全性和舒适性的要求，车的流发，并将车轮在车身内，设计 车车 。