臺灣博碩士論文加值系統

　　本論文探討防滾籠與結構拉桿對於車體變形的影響，透過ProE (Pro/ENGINEER)與Ansys進行防滾籠和拉桿機構對車體變形量之分析與比較。根據實際車體，丈量數據並使用ProE軟體繪製模型作為基準模型，並匯入Ansys中進行靜態分析，分別對車體的前後與對角施加負載，分析並紀錄特定點的變形量作為後續分析比較之基準。再依據現有市售的防滾籠與結構拉桿形式，以ProE繪製並加裝到基準模型上，接著匯入Ansys中重複進行靜態分析，紀錄數據以便後續進行比較。
　　本研究探討具有不同防滾籠與結構拉桿的十組模型，施以相同的限制條件進行靜態分析，對其變形量與剛性進行比較，從中找出變形量最小及剛性最高者為最理想模型。最終TC3-XU模型雖然重量最重，但在對角方向扭曲、彎曲剛性與扭轉剛性分析結果都優於其他模型。雖然TC2000-V模型在扭轉剛性分析中，表現勝過TC3-XU模型，但後者的U型結構桿，可以更換為重量更輕、硬度相同或更高的材料打造，因此綜合7項分析結論後，確定TC3-XU模型為最理想模型。

This thesis investigates the effects of roll cages and stiffening rods on car-body deformation by using the software package Ansys, together with the CAD software ProE, to perform finite element analysis. Based on the measurement of a real car body, a CAD model was first created using ProE, and imported to Ansys to perform static analysis with loadings applied on various parts of the model. The analysis results were set as the baseline for later use. Then, several types of commercially-available roll cages and stiffening rods were modeled and added to the baseline model to create another 9 sets of modified models, which consequently were analyzed and the results compared with the baseline.
In this research, finite element static analyses were executed on 10 models with various types of roll cages and stiffening rods and with the same loading and boundary conditions. The goal was to find the best model with the minimum deformation and maximum stiffness. The model coded TC3-XU, although the heaviest, was superior to all others in bending stiffness. The model coded TC2000-V performed better than TC3-XU in torsion stiffness, but the latter could replace the U-shaped rod by a lighter and stronger material. Therefore, according to 8 discussion remarks, TC3-XU was concluded as the best model for this research.

目錄
汽車防滾籠設計對車體變形影響之探討 i
Abstract ii
誌謝 iii
圖目錄 vi
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機與目的 4
第二章 文獻回顧 8
第三章 分析設備及方法 12
3.1 研究設備 12
3.1.1 電腦 12
3.1.2 ProE工業繪圖軟體 13
3.1.3 有限元素分析軟體Ansys 13
3.1.4 模型參照 14
3.2 研究方法 14
3.2.1 模型建立 16
3.3建立車體有限元素網格 27
3.4車體模型邊界條件設定 32
3.4.1彎曲剛性 33
3.4.2扭轉剛性 34
第四章 結果與討論 35
4.1變形量之比較 35
4.1.1剛性之比較 47
第五章 結論 59
參考文獻 60

 
圖目錄
圖1.1車身重新點焊圖 2
圖1.2國際汽車聯盟標誌 2
圖1.3防滾籠保護乘客示意圖 4
圖1.4拉力賽規格防滾籠 4
圖1.5切除車頭後重建的避震器塔 5
圖1.6側向防撞結構圖 6
圖1.7 TC3規格賽車 6
圖1.8 TC3規格防滾籠 7
圖3.1 ASUS桌上型電腦 12
圖3.2電腦內置系統與記憶體 12
圖3.3 TOYOTA第十一代ALTIS原廠代號E160 14
圖 3.4實際丈量照片 15
圖3.5本研究之基準模型 15
圖3.6 PROTOTYPE車體模型 18
圖3.7 TOYOTA 第十一代ALTIS原廠代號E160尺寸規格圖 18
圖3.8 TC3規格防滾籠車體模型 19
圖3.9 TC3規格防滾籠 19
圖3.10 TC2000規格防滾籠車體模型 20
圖3.11 TC2000規格防滾籠 20
圖3.12 TC3規格防滾籠加上V型結構車體模型 21
圖3.13連接至前方避震塔的V型結構 21
圖3.14 TC2000規格防滾籠加上V型結構車體模型 22
圖3. 15 TC3規格防滾籠加上X型結構車體模型 23
圖3. 16連接至前方避震塔的X型結構 23
圖3.17 TC3規格防滾籠加上X型結構與U型拉桿車體模型 24
圖3.18 BMW M4 F82的U型引擎室拉桿 24
圖3.19 TC3規格防滾籠加上X型結構與X型拉桿車體模型 25
圖3.20 DODGE VIPER的X型引擎室拉桿 25
圖3.21 TC3規格防滾籠加上V型結構與U型拉桿車體模型 26
圖3.22 TC3規格防滾籠加上V型結構與X型拉桿車體模型 26
圖3.23 PROTOTYPE之有限元素網格 27
圖3.24 TC3車體之有限元素網格 27
圖3.25 TC2000車體之有限元素網格 28
圖3.26 TC3-V之有限元素網格 28
圖3.27 TC2000-V之有限元素網格 29
圖3.28 TC3-X之有限元素網格 29
圖3.29 TC3-XU之有限元素網格 30
圖3.30 TC3-XX之有限元素網格 30
圖3.31 TC3-VU之有限元素網格 31
圖3.32 TC3-VX之有限元素網格 31
圖3.33 條件A限制條件解說圖 32
圖3.34 條件B限制條件解說圖 32
圖3.35 彎曲剛性限制條件解說圖 33
圖3.36 扭轉剛性限制條件解說圖 34
圖4.1條件A 的PROTOTYPE最大變形量圖 35
圖4.2條件B 的PROTOTYPE最大變形量圖 35
圖4.3條件A的TC3最大變形量圖 36
圖4.4條件B 的TC3最大變形量圖 36
圖4.5條件A 的TC2000最大變形量圖 37
圖4.6條件B 的TC2000最大變形量圖 37
圖4.7條件A 的TC3-V最大變形量圖 38
圖4.8條件B 的TC3-V最大變形量圖 38
圖4.9條件A 的TC3-X最大變形量圖 39
圖4.10條件B 的最大變形量圖 39
圖4.11條件A 的TC2000-V最大變形量圖 40
圖4.12條件B 的TC2000-V最大變形量圖 40
圖4.13條件A 的TC3-XU最大變形量圖 41
圖4.14條件B 的TC3-XU最大變形量圖 41
圖4.15條件A 的TC3-XX最大變形量圖 42
圖4.16條件B 的TC3-XX最大變形量圖 42
圖4.17條件A 的TC3-VU最大變形量圖 43
圖4.18條件B 的TC3-VU最大變形量圖 43
圖4.19條件A 的TC3-VX最大變形量圖 44
圖4.20條件B的TC3-VX最大變形量圖 44
圖4.21詳細比較變形量與重量百分比比較圖 46
圖4.22 PROTOTYPE進行彎曲剛性分析之變形圖 47
圖4.23 PROTOTYPE進行扭轉剛性分析之變形圖 47
圖4.24 TC3進行彎曲剛性分析之變形圖 48
圖4.25 TC3進行扭轉剛性分析之變形圖 48
圖4.26 TC2000進行彎曲剛性分析之變形圖 49
圖4.27 TC2000進行彎曲剛性分析之變形圖 49
圖4.28 TC3-V進行彎曲剛性分析之變形圖 50
圖4.29 TC3-V進行彎曲剛性分析之變形圖 50
圖4.30 TC3-X進行彎曲剛性分析之變形圖 51
圖4.31 TC3-X進行彎曲剛性分析之變形圖 51
圖4.32 TC2000-V進行彎曲剛性分析之變形圖 52
圖4.33 TC2000-V進行彎曲剛性分析之變形圖 52
圖4.34 TC3-XU進行彎曲剛性分析之變形圖 53
圖4.35 TC3-XU進行彎曲剛性分析之變形圖 53
圖4.36 TC3-XX進行彎曲剛性分析之變形圖 54
圖4.37 TC3-XX進行彎曲剛性分析之變形圖 54
圖4.38 TC3-VU進行彎曲剛性分析之變形圖 55
圖4.39 TC3-VU進行彎曲剛性分析之變形圖 55
圖4.40 TC3-VX進行彎曲剛性分析之變形圖 56
圖4.41 TC3-VX進行彎曲剛性分析之變形圖 56
圖4.42 彎曲剛性數據與重量百分比比較圖 57
圖 4.43扭轉剛性數據百分比比較圖 58
 
表目錄
表3.1 模型列表 18
表4.1 PROTOTYPE數據表 36
表4.2 TC3數據表 36
表4.3 TC2000數據表 37
表4.4 TC3-V數據表 38
表4.5 TC3-X數據表 39
表4.6 TC2000-V數據表 40
表4.7 TC3-XU數據表 41
表4.8 TC3-XX數據表 42
表4.9 TC3-VU數據表 43
表4.10 TC3-VX數據表 44
表4.11車體變形量與重量之比較表 45
表4.12詳細比較表 46
表4.13 PROTOTYPE之剛性表 47
表4.14 TC3剛性比較表 48
表4.15 TC2000剛性比較表 49
表4.16 TC3-V剛性比較表 50
表4.17 TC3-X剛性比較表 51
表4.18 TC2000-V剛性比較表 52
表4.19 TC3-XU剛性比較表 53
表4.20 TC3-XX剛性比較表 54
表4.21 TC3-VU剛性比較表 55
表4.22 TC3-VX剛性比較表 56
表4.23彎曲剛性數據比較表 57
表4.24 車體扭轉剛性數據比較表 58

[1] 劉明遠，王栢村，陳勇全，「車體結構輕量化分析」，技術學刊，二期，第二十九卷，123~129頁，民國一百零三年。
[2] 李越輝，「FSC賽車車架設計及輕量化研究」，中北大學碩士論文，2014年。
[3] 汪俊，陳定平，「FSC賽車車架強度及剛度分析」，汽車工程師，第十期，29~32頁，2014年。
[4] 喬邦，「基于有限元分析的大學生方程式賽車車架結構強度優化」，河南科技大學碩士論文，2013年。
[5] 徐志堅，張心光，王巖松，劉寧寧，「基于Ansys Workbench FSC賽車車架有限元模擬」，上海工程技術大學學報，第四期，285~289頁，2016年。
[6] 李軍營，鄧濤，「基于CATIA與Ansys的節能車車架模態分析」，農業裝備與車輛工程，第十期，1~4頁，2015年。
[7] L. Barbosa, L. Moreira, M. Hori, L. Silva, M. Martins, and J. Tomazini, 2016, “Finite Element and Experimental Analysis of the Torsional Stiffness of a Chassis of a Baja SAE Prototype,” SAE Technical Paper Series, 2016-36-0124.
[8] A. Rodrigues, A. Poncio, A. Cervieri, L. Gertz, M. Pereira, and A. Oliveira, 2015, “Static and Dynamic Analysis of a Chassis of a Prototype Car,” SAE Technical Paper Series, 2015-36-0353.
[9] Y. Kitagawa, and P. Chimoy, 2001, “Evaluation of Vehicle Body Stiffness and Strength for Car to Car Compatibility,” SAE Technical Paper Series, 2011-01-3098.
[10] 楊沖，連晉毅，張強與王發聽，「節能賽車車架的設計及其CAE分析優化」，太原科技大學學報，第3期，207~202頁，2014年。
[11] A. Jain, 2014, “Computational Analysis and Optimization of Torsional Stiffness of a Formula-SAE Chassis,” SAE International, 2014-01-0355.
[12] K. Hari, N. Sreeraj, C. Bhaskar, G. Nagaraju, and R. Mugundaram, 2011, “Establishing Correlation Between Torsional and Lateral Stiffness Parameters of BIW and Vehicle Handling Performance,” SAE International, 2011-01-0089.
[13] 張心光，高賓，王嚴松，「基于不同工況下的FSC賽車車架有限元分析」，製造業自動化，第十九期，2015年。
[14] 景陶敬，沈輝，楊超，涂強，楊文博，「基于某款賽車鋼管桁架式車架的設計與分析」，機械工程與自動化，第五期，60~62頁，2017年。
[15] 蘭新武，「基于有限元的新型賽車車架的強度及剛度計算與分析」，機械製造與自動化，第一期，35~37頁，2011年。
[16] 宋緒成，李威，胡搒，「基于Ansys的FSC車架模擬及其彎曲工況分析」，電機信息，第二十四期，125~127頁，2015年。
[17] 譚哲穎，蔡勁輝，「基于Ansys的本田節能賽車勻速行駛時車架受力分析」，農業裝備與車輛工程，第三期，34~37+63頁，2013年。
[18] 陳剛，郭榮輝，「巴哈越野賽車車架設計與結構優化」，寧德師範學院學報，第一期，81~86+96頁，2018年。
[19] 馬小康，劉強，宗志堅，高群，「節能賽車鋁合金車架結構分析與優化設計」，機械設計與製造，第四期，16~18頁，2012年。
[20] 趙曉昱，秦曉磊，周誠，趙威，「SUES-1節能賽車改進設計」上海工程技術大學學報，第四期，331~335頁，2008年。