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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:游朝宇
研究生(外文):Chao-Yu You
論文名稱:小型競賽車Go-Kart車架之疲勞分析
論文名稱(外文):Fatigue Analysis of Go-Kart Frame
指導教授:梁卓中梁卓中引用關係
指導教授(外文):Cho-Chung Liang
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:機械工程研究所碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:小型競賽車車架疲勞壽命分析雨流法
外文關鍵詞:Go-KartStress-Life MethodXi-Hu baby racing trackFinite Element Analysis
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小型競賽車輛Go-kart(亦稱為Karting)目前為台灣中華汽車協會(CTMSA)大力提倡之賽車運動,但此競賽所使用之競賽車輛主要由瑞士或義大利等國所進口。小型賽車(Go-kart)本身不具懸吊及差速器系統,在行進時車架直接承受來自於路面之反作用力及引擎的動力,故了解車架使用壽命並進而補強或改善使用壽命為本論文之重點。本論文以自行研製之小型賽車競賽車架為研究對象,首先建立疲勞分析程序,應用有限元素分析方法(Finite Element Analysis, FEA),進行車架結構之靜態、動態負載分析,並使用應變規儀器量測車架於動態高速測試時所承受之負載數據,觀察實際狀況下應力載荷譜的變化情形。
損傷累積是材料產生疲勞破壞之原因。一般疲勞試驗中最常使用S-N曲線來描述,但實際是需要結合適當的損傷模式,以求得材料之損傷累積值。在車架之疲勞壽命方面,本論文由靜態分析結果發現,油箱下方兩側之車架彎曲處及車架前輪羊角附近的焊接處呈現應力集中現象,有疲勞破壞之可能性;此外另可探討動態負載下其他應力集中點。首先藉由雨流法將自製研發之PhaseI原型車在溪湖小型賽車場測試時取得之應力載荷譜分解,即可得到負載之量值及次數,並配合S-N曲線法與Goodman疲勞理論之關係式來進行疲勞運算以求得自製之小型競賽車使用壽命。進而考量能否改善小型競賽車架之使用壽命。
Competition Go-kart is not equipped with differential gear and suspension system, so it is very important to raise tire fraction by the ability of load transfer of kart frame. In this study, Finite Element Analysis (FEA) was used to perform static, dynamic, and modal analyses of the kart frame. With some designed clamps used in static and dynamic tests, experiments on the characteristics of the frame were conducted. Every test about the mechanical property was done to validate the accuracy of the analytical theory and design method.
For lacking of suspension system, the design of frame of a racing karting with load transfer function during cornering is the key to maintain wheel traction and driving speed thereof. This thesis aims at the development of the frame for a karting with better performance. At the early phase of this study, the metallic frame acquired from the product in the market is analyzed and tested in order to establish its specification on performance.
Most components of machines have the characteristic of accumulating of damage during cyclic loading, and this is the reason of fatigue of material. Generally, S-N curve is used to describe the life of material in fatigue test, but actually, it must be combined with suitable fatigue mode to obtain the value of accumulation of damage of the material.By incorporating the Stress-Life Method of stress and fatigue life, the fatigue life of whole frame was obtained. In the Xi-Hu baby racing track,After Go-Kart accepting the 68630 cycle loading history of the chassis could be obtained.
第一章 緒論
1.1 緣起 1
1.2 起源與文獻回顧 2
1.2.1 小型競賽車之介紹 3
1.2.2 小型競賽車之發展史 4
1.2.3 小型競賽車之相關文獻 6
1.2.4 國科會整合型計畫-小型競賽車自
行設計與研製計畫研究狀況 11
1.3 本文目的 13
第二章 結構之疲勞壽命理論與分析方法
2.1 應力與壽命法 26
2.2 影響疲勞壽命之要素 27
2.3 雨流計數法 29
2.4 Miner線性累積損傷理論 30
2.5 ANSYS疲勞分析軟體的基本概念與步驟 32
2.6 結構物之疲勞壽命分析流程 34
第三章 結構物之疲勞損傷實例分析
3.1 平面板件之疲勞壽命評估分析 40
3.1.1 問題描述 40
3.1.2 板件之有限元素模型建立 40
3.1.3 板件之靜態結構分析 41
3.1.4 板件之疲勞壽命分析 41
第四章 小型競賽車車架疲勞載荷譜之建立
4.1 疲勞載荷譜之建立 45
4.2 疲勞載荷譜之量測 46
4.3 Go-Kart疲勞載荷譜 49
第五章 小型競賽車車架之疲勞實例分析
5.1 Go-Kart車架之實車疲勞壽命預估 59
5.2 Go-Kart車架之改善建議 60
5.2.1 問題描述 60
5.2.2 Go-Kart車架之有限元素模型建立 61
5.2.3 Go-Kart車架之靜態結構分析 61
5.2.4 Go-Kart車架之疲勞壽命分析 63
5.2.5 Go-Kart車架之改善措施 64
第六章 結論與未來展望
6.1 結論 77
6.2 未來展望 78
參考文獻 79
附錄 83

圖目錄

圖1.1 小型競賽車(Go-Kart)之組成系統 15
圖1.2 娛樂型Go-Kart 15
圖1.3 競賽型Go-Kart 15
圖1.4 Winston Cup競賽車底盤 16
圖1.5 Winston Cup競賽車底盤之扭轉勁度分析 16
圖1.6 小型競賽車之娛樂型車架 17
圖1.7 美國大學方程式競賽車SAE car模型 17
圖1.8 電腦輔助工程設計建立之車架模型 18
圖1.9 電腦輔助工程設計建立之人偶模型 18
圖1.10 探討競賽型小型賽車之操控行為 19
圖1.11 不同Karting車架構形之彎曲部分距離d 19
圖1.12 小型賽車車架扭轉勁度分析模型 20
圖1.13 小型賽車碰撞之有限元素撞擊分析模型 20
圖1.14 自行設計小型競賽車車架與扭轉勁度調整支架之
組合圖 21
圖1.15 小型競賽車之前方保險桿碰撞圖 21
圖1.16 溪湖SRF小型賽車場賽道圖 22
圖1.17 溪湖SRF小型賽車場賽道示意圖 22
圖2.1 2024-T4鋁合金的S-N曲線圖 36
圖2.2 2014-T6鋁合金及1047中碳鋼的S-N曲線圖 36
圖2.3 平均應力關係式之比較 37
圖2.4 Haigh diagram 37
圖2.5 雨流軌跡線示意圖 38
圖2.6 修正Miner法則與S-N curve的修正圖 38
圖2.7 結構物之疲勞壽命分析流程圖 39
圖3.1 使用ANSYS建模之平面板件 43
圖3.2 平面板件之S-N曲線圖 43
圖3.3 Shell63元素之幾何示意圖 43
圖3.4 平面板件之邊界條件示意圖 44
圖3.5 板件之Stress Intensity分布結果圖 44
圖3.6 板件之疲勞分析結果圖 44
圖4.1 應變計實驗量測過程表 51
圖4.2 各種邊界條件示意圖 52
圖4.3 左彎之最大應力集中點 52
圖4.4 應變規量測點圖 53
圖4.5 應變規量測之方向圖 53
圖4.6 量測點a之載荷譜 54
圖4.7 量測點b載荷譜 54
圖4.8 量測點c載荷譜 55
圖4.9 量測點d載荷譜 55
圖4.10 量測點e載荷譜 56
圖4.11 量測點f載荷譜 56
圖4.12 量測點g載荷譜 57
圖4.13 量測點h載荷譜 57
圖5.1 模擬之Go-Kart測試路線圖 66
圖5.2 大葉大學自行研發設計之Go-Kart車架 67
圖5.3 使用ANSYS建模之Go-Kart車架三視圖 67
圖5.4 Pipe16元素之幾何示意圖 68
圖5.5 Go-Kart承受反作用力與固定端之示意圖 68
圖5.6 前輪承受反力之邊界條件設定圖 69
圖5.7 後輪承受反力之邊界條件設定圖 69
圖5.8 Go-Kart整車重心位置示意圖 70
圖5.9 Go-Kart前輪承受反力之靜力分析結果 70
圖5.10 Go-Kart後輪承受反力之靜力分析結果 71
圖5.11 Go-Kart車架之S-N曲線圖 71
圖5.12 PhaseI原型車整車圖 72

表目錄

表1.1 小型賽車車架添加桿件之位置 23
表1.2 車架寬度改變之Karting幾何構型 24
表4.1 實驗儀器設備簡介表 58
表5.1 分析點SINT與量測點軸向應力之比值表 73
表5.2 輪胎承受反力之模擬載荷譜表 73
表5.3 Go-Kart車架靜力分析結果數據表(管徑2mm) 75
表5.4 Go-Kart車架靜力分析結果數據表(管徑2.5mm) 75
表5.5 Go-Kart車架靜力分析結果數據表(管徑3mm) 76
參考文獻
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[2]http://www.honeylakesports.com/kart%20structure.htm/
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[22]梁卓中、鄧作樑、游家華、吳佳璟,”單人座小型賽車(Go-Kart)車架之扭轉勁度分析”,第28屆全國力學會議 pp.1160~1166,2004。
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[37]ANSYS 2000 疲勞分析指南,”管元素”,使用指導說明。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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