FSAE(Formula Society of Automotive Engineers)比赛,中文名为大学生方程式比赛,是一项面向对象为学生的方程式赛事。本课题研究目的在于FSAE赛车单体壳车身综合性能提升。传统的单体壳车身设计一直以一种“假设—分析—修改—比对—再设计”的流程进行,设计效率较低且缺乏灵活性。另外传统的车身材料碳纤维/铝蜂窝层合板可设计性不强,难以根据车身各区域工况差异进行设计。本文以HRT-17C赛车车身为研究对象,希望提出一种新型的应用于单体壳的芯材,通过前期优化以及后期针对工况设计,最终应用于单体壳车身。同时革新现有单体壳设计方法,提出一种基于FSAE赛车单体壳综合性能的正向的车身铺层设计方法,提高单体壳设计效率。本文点阵芯材单体壳车身优化课题,主要从以下三个方面进行:(1)论述了一种新型点阵结构芯材的加工、性能分析和优化方法。基于嵌锁组装原理,设计并加工得到铝合金材料金字塔点阵结构芯材。根据力学原理推导出了点阵芯材四种主要性能数学表达,建立了比较完整的点阵芯材宏观性能数学模型,为点阵芯材性能优化提供了便利。建立点阵芯材性能优化模型,分别通过单目标性能优化和多目标性能优化进行分析,最终确立了点阵结构设计参数的最优方案,此方案将应用于下文单体壳车身。(2)分析了单体壳车身的6种工况并建立有限元模型进行仿真。对单体壳车身6种工况(扭转、弯曲、8字环绕、制动刹车、弹射起步、自由模态)的载荷条件进行分析后,分别建立这六种工况的有限元仿真模型,分析了单体壳车身的应力集中、车身应变、单体壳弹性模态、车身扭转刚度、车身弯曲刚度目标响应。并对其中扭转刚度和最小固有频率深入研究,分析在实际赛车工况下两个响应合理的约束值。(3)论述了一种对于单体壳车身整体性能优化的铺层方案正向设计方法。在上文单体壳车身仿真分析的基础上,建立单体壳7种性能(扭转刚度、弯曲刚度、最小固有频率、单体壳质量、三种极限工况车身强度)的求解模型。拟合这7种性能响应的近似模型,并综合求解速度和精度选择,在车身综合性能优化中使用。对优化求解得到的车身铺层方案结果,考虑实际筛选Pareto非劣解,得到铺层最优方案,通过优化前后响应对比分析优化有效性。