一級方程式賽車的案例
一級方程式賽車的空氣動力學測試規定有多嚴格？
即將到來的一級方程式賽季有望成為令人振奮和心跳加速的奇觀。國際汽車聯合會 (FIA )委員會提出了一系列新的設計法規，這些法規將推動駕駛員和車輛安全的極限。團隊將有機會在限制范圍內發揮創意，升級地板彎曲、側視鏡、燃油冷卻、防滾架設計等。隨著新的測試限制到位以確保符合 FIA 規定，競爭勢必會非常激烈。邁阿密大獎賽見證了 Max Verstappen 奪得第一，而現在，邁凱輪正在為 Autodromo Enzo e Dino Ferrari 的艾米利亞羅馬涅大獎賽做準備。雖然比賽日期因洪水而推遲，但我們仍然可以期待一個令人難忘的高速驚險和溢出賽季！
一級方程式賽車的空氣動力學測試限制 (ATR) 是什么？
直到 2008 年，F1 才對空氣動力學測試時間沒有限制。一些頂級車隊，如寶馬索伯、本田、威廉姆斯和豐田，正在投資數百萬美元來運營風洞。這些團隊還在其設計驗證周期中使用了計算流體動力學 (CFD) 工具。當時，寶馬索伯車隊使用的是擁有 4000 個英特爾核心的 Albert 3 超級計算機。賽車當局很快意識到，部署測試限制是必要的，以避免少數可以將資金投入 24/7 風洞測試和多核 CFD 模擬的車隊獲得不公平的優勢。2009 年，作為限制測試時間的一步，一級方程式車隊協會 (FOTA)簽署了資源限制協議，今天，一級方程式車隊必須遵守這些測試限制。不遵守這些規定將招致處罰。
車輛設計的 3D 表示（物理或數字）稱為受限空氣動力學測試幾何 (RATG) ，并且團隊每年分配 6 個空氣動力學測試周期 (ATP) 。第一個測試期在第 9 周結束時。第二、第三和第五個測試期各持續八周。第 4 個測試期分配了 10 周時間，包括為期 14 天的夏季工廠停工。最后一次或第 6 次測試期在 12 月 31 日結束。
展開 一級方程式賽車模型 ￥10
一級方程式賽車（2021 年概念）
solidworks 2016
stp
一級方程式賽車變速箱 - 內部機構 ￥2
The assembly includes:
- Lay-Shaft, Main-Shaft & Bearings
- Shift Fork Mechanisms
- Slider Mechanisms
- Shift Barrels
- Hub Components
- Gear Couples for 8-Speed Transmission (7 Forward & Reverse Speed)
The model is mostly based on the article named by "What’s Inside an F1 Gearbox (and How it Works)" by Driver61's Blog: https://driver61.com/blog/whats-inside-an-f1-gearbox-and-how-it-works/
" text-class="text-overflow" link-class="link color-blue text-big" class="ng-isolate-scope" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font: inherit; vertical-align: baseline;">
現代 F1 賽車使用半自動變速箱，配備七速變速器和電子液壓控制來驅動汽車。
組件包括：
- 副軸、主軸和軸承
- 換擋撥叉機構 - 滑塊機構
-
換擋套筒
- 輪轂組件
- 8 速變速器齒輪聯軸器（7 個前進檔和倒檔）
Formula_1_Gearbox-Inner_Mechanism.STEP
展開 Ansys助力紅牛車隊快速開發賽事的制勝設計
Ansys高級副總裁Shane Emswiler指出：“要在賽程間極短的研發周期內解決復雜的空氣動力學設計問題，是改進一級方程式賽車的主要障礙。通過延續與紅牛車隊的長期合作伙伴關系，紅牛車隊的工程師將繼續依靠Ansys高精度的仿真解決方案，加快錦標賽賽車的設計速度，且始終在速度和性能上超越競爭對手。”
ANSYS軟件助力紅牛車隊改善仿真性能
一級方程式賽車車隊采用工程仿真工具加強空氣動力學設計
2016年3月1日，匹茲堡訊——一級方程式賽車紅牛車隊利用ANSYS（NASDAQ: ANSS）行業領先的工程仿真軟件繼續提高車隊成績。通過延長協議，紅牛車隊將繼續采用ANSYS的尖端技術優化設計車輛來增強其功能，為車隊提供賽道上的競爭優勢。
在比賽過程中，空氣動力學設計對于車輛在賽道上的性能而言至關重要。由于可用的物理測試有限，賽事迫在眉睫，因此車輛空氣動力學設計中必須采用仿真技術。ANSYS的計算流體動力學（CFD）和高性能計算（HPC）軟件幫助紅牛車隊仿真多種不同條件下車輛設計周邊的氣流情況。這能幫助團隊評估、選擇并優化空氣動力學關鍵型組件和裝配體的設計，包括制動、冷卻和排氣系統等。
紅牛車隊的數值工具和技術負責人Nathan Sykes指出：“與ANSYS的密切合作幫助我們充分應對和滿足廣泛的CFD要求，因此我們的合作非常成功，同時也能為仿真的周轉時間和準確性帶來真正改進。現在，虛擬仿真和分析是我們設計流程的重要部分。我們必須與CFD行業領先的軟件供應商保持密切合作，這必將有助于我們提高自身在賽道上的競爭優勢。”
ANSYS的全球汽車行業總監Sandeep Sovani指出：“我們很高興繼續與紅牛車隊保持合作，并幫助他們應對越來越困難的設計挑戰。紅牛車隊始終期待著提高競爭優勢，而仿真技術為其帶來了尖端、快速而可靠的工具，讓他們能在整個設計流程中利用完全準確性和高度信心驗證和優化賽車的方方面面。”
關于ANSYS, Inc.
作為全球工程仿真領域的領先企業，ANSYS在眾多產品的創造過程中都扮演著至關重要的角色。無論是火箭發射、飛機翱翔長空、汽車高速馳騁、電腦和移動設備的便捷使用、橋梁虹跨江河還是可穿戴產品的貼心使用，ANSYS技術都盡顯卓越。
展開 Ansys祝賀紅牛車隊勇奪一級方程式世界錦標賽冠軍
Ansys業界一流的仿真解決方案助力本田紅牛車隊Max Verstappen勇奪F1賽車手總冠軍
主要亮點
Ansys創新合作伙伴本田紅牛車隊慶祝Max Verstappen勇奪F1賽車手總冠軍
自2008年起，Ansys一直與本田紅牛車隊展開合作
本田紅牛車隊利用Ansys仿真解決方案開展計算流體動力學（CFD）、材料數據管理以及虛擬碰撞測試研究
Ansys非常自豪地祝賀車手Max Verstappen和本田紅牛車隊近日在一級方程式世界錦標賽2021賽季中奪冠。自2008年起，該團隊就成為了Ansys創新合作伙伴，并充分利用Ansys業界一流的仿真解決方案，憑借優異的速度取得勝利。
經過激動人心的賽季之后，Max Verstappen斬獲的分數足以超越其競爭對手，成功加冕本賽季車手冠軍。
Ansys 祝賀車手Max Verstappen和本田公司紅牛車隊奪得2021賽季F1世界錦標賽冠軍
由于每個團隊的目標都是為每條賽道設計出最安全、速度最快的賽車，加上奪冠的競爭極其激烈，仿真對于本田紅牛車隊發揮著重要作用，而且空氣動力學仿真的魯棒性和預測準確度至關重要。
展開 Ansys祝賀紅牛車隊勇奪一級方程式世界錦標賽冠軍
Ansys業界一流的仿真解決方案助力本田紅牛車隊Max Verstappen勇奪F1賽車手總冠軍
主要亮點
Ansys創新合作伙伴本田紅牛車隊慶祝Max Verstappen勇奪F1賽車手總冠軍
自2008年起，Ansys一直與本田紅牛車隊展開合作
本田紅牛車隊利用Ansys仿真解決方案開展計算流體動力學（CFD）、材料數據管理以及虛擬碰撞測試研究
Ansys非常自豪地祝賀車手Max Verstappen和本田紅牛車隊近日在一級方程式世界錦標賽2021賽季中奪冠。自2008年起，該團隊就成為了Ansys創新合作伙伴，并充分利用Ansys業界一流的仿真解決方案，憑借優異的速度取得勝利。
經過激動人心的賽季之后，Max Verstappen斬獲的分數足以超越其競爭對手，成功加冕本賽季車手冠軍。
展開 云解決方案 | Ansys Gateway顯著提高仿真計算能力和求解速度
圖1：Ansys開展的空氣動力學研究展示了不同的云計算設置如何影響解決方案的運行時間和成本
Ansys專家創建了一個相當具有代表性的Fluent仿真，即對一級方程式賽車設計的外部空氣動力學進行建模，然后，在由AWS亞馬遜云提供支持的Ansys Gateway中，使用不同的設置來求解該問題。在Fluent中，Ansys專家使用可實現的k-e湍流模型和基于壓力的偽瞬態耦合求解器，并使用1.4億個單元的六面體核心網格對賽車進行了分析。
他們在5種不同的AWS實例類型上運行了該仿真，這些實例具有10種不同的配置，具有不同的處理器、內核數量、RAM和處理速度設置。（值得注意的是，由AWS亞馬遜云提供支持的Ansys Gateway依賴于Amazon Elastic Compute Cloud（EC2）。）
在比較這些實例和配置之間的云性能時，Ansys團隊重點關注求解器評級，其被定義為給定基準研究在24小時內可以在給定機器上運行的次數。求解器評級可通過一天內的秒數除以運行給定仿真所需的秒數得出。求解器評級越高，意味著HPC性能越出色。
Ansys團隊還研究了實現更高HPC性能所需要的成本，因此Fluent用戶在運行自己的仿真時，還可以利用這些結果做出明智的成本性能權衡。
利用Fluent進行一級方程式賽車空氣動力學仿真，在兩種實例上運行時表現最佳：Amazon EC2 Hpc6a和Hpc7a。對于這兩個AWS實例，每個內核的性能在很大程度上取決于使用的內核數量。內核利用率越低，表明每個內核上可用的內存帶寬和高速緩存就越多，這意味著每核性能更高以及運行時間更快，但硬件成本也會更高。
展開 強大的虛擬風洞仿真解決方案
Cray提供兩款適用于HPC的產品：
? Cray CS300是采用最新的x86處理器（例如 Intel“Ivy Bridge”）和多個互連式選件（例如 FDR InfiniBand）的群集架構。其計算刀片專門針對HPC而設計，側重于可靠性和配置靈活性。
? Cray XC30也是一種節點互連式架構，但旨在實現可擴展性和性能水平的最大化。它融合了最新的Intel處理器，基于Cray專有的高速“Aries”互連技術而構建。Aries互連技術及關聯系統軟件可以打造業內領先的可擴展性和性能水平。Cray XC30能夠將仿真規模擴展至超過5000個核。
例證：在Cray系統上運行HyperWorks VWT
在Cray XC30系統上運行HyperWorks VWT可以顯著提升性能水平。為研究HyperWorks VWT在不同核心數量下的可擴展性，Cray和Altair重點研究了兩種不同規模的問題：
? 規模相對較小的問題（2200萬個有限元單元）：對基準汽車模型（稱為ASMO模型）進行外流場空氣動力學分析
? 規模較大的問題（10億個有限元單元）：繪制兩臺一級方程式賽車的仿真模型
規模相對較小（2200萬個有限元）的問題表明，HyperWorks VWT在配有Intel? Xeon? E5-2600 v2系列（熟稱“Ivy Bridge”）的2.7GHz 12核（雙接口/節點）處理器的Cray XC30系統上具有可擴展性。此模型中的有限元單元數量對于整個汽車算例而言還比較少；但足可以表明HyperWorks VWT在模型規模較小時的擴展能力。
展開 豐田賽車運動與AMRC合作開發輕質材料
豐田賽車運動（TMG）的高性能測試和開發工程師與謝菲爾德大學的先進制造研究中心（AMRC）合作，始終站在汽車技術網格的前沿。
TMG的母公司是豐田汽車，通過世界拉力賽，一級方程式賽車以及包括勒芒24小時耐力賽在內的國際汽聯世界耐力錦標賽，在賽車運動中贏得了聲譽。
在其賽車活動的同時，TMG還開展了廣泛的汽車項目，并加強了其知識基礎，加入了AMRC作為第二級合作伙伴，專注于輕質材料的研發。
該公司擁有自己的CNC，復合材料和增材制造設施，因此在跟蹤材料和制造技術的最新趨勢時，將把自己置于最前沿。
AMRC執行院長Keith Ridgway教授表示，TMG是AMRC穩定的高性能，高價值汽車制造商的新成員，他們希望通過使用新材料和尖端光源保持領先地位加權過程。
“我非常高興AMRC與TMG密切合作，TMG是世界頭號耐力賽車隊的一員 - 最近勒芒24小時耐力賽的獲勝者。這進一步證明了謝菲爾德市地區的全球創新走廊是那些希望獲得世界最佳并贏得勝利的制造商的首選。
“AMRC現在憑借其專業知識不僅在新復合材料和工藝的開發方面享有全球聲譽，而且在我們引領潮流的日益重要的輕量化領域內也享有盛譽。
“與參與高級賽車運動的公司密切合作將會非常有意思。像我們一樣，他們希望讓事情更快，更精簡，更清潔。“
AMRC汽車戰略負責人Ben Kitcher表示，合作伙伴關系鞏固了AMRC使用工業4.0技術推動業績變化的聲譽。
他加了：
“我們將尋找機會應用橫向創新 - 將技術從一個部門轉移到另一個部門。我們將應用其他行業的創新技術，為賽車運動注入新鮮的想法和流程，并制定新技術交付給賽車運動的合作路線圖。
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展開 邁凱倫汽車提供第一個原型碳纖維底盤
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代號“PLT-MCTC –01”的意思是“原型輕質盆式底盤-邁凱倫復合材料技術中心-01”。經過281km的運行，該底盤到達這家英國跑車和超級跑車制造商的全球總部，接受嚴格的碰撞試驗。
碳纖維一直是邁凱倫DNA的一部分，該公司于20世紀80年代初首次將這種材料引入到一級方程式賽車中。此后，鑒于這種材料的輕質和強度特性，邁凱倫不再生產不使用這種材料的道路汽車。
邁凱倫復合材料技術中心的工廠總監Wes Jacklin說：“第一個原型碳纖維盆式底盤交付到邁凱倫總部，不僅讓每個直接參與該項目的人感到非常興奮，而且也是邁凱倫汽車公司實現‘成為輕量化和復合材料技術的世界冠軍’這一雄心壯志的重要里程碑。作為我們Track25業務計劃的一部分，這與我們轉向混合動力傳動系統的行動密切相關。”
“越來越清楚的是，隨著未來對動力系統要求的日益提高，利用創新的輕量化技術將是開啟我們客戶所需的所有操作和敏捷性特征的一項重要手段。”
隨著汽車轉向通常比傳統汽油動力系統更重的混合動力系統，輕量化將變得日益重要，因此，邁凱倫旨在贏得這場汽車輕量化的競賽。到2024年，所有的邁凱倫跑車和超級跑車都將采用混合動力。
邁凱倫復合材料技術中心目前擁有大約60名員工，到2020年全面投產時，員工將增至200人以上。
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案例分享 | 大學生方程式賽車隊進行賽車軸承座部件優化、減重
德國帕德博恩（Paderborn）大學生方程式賽車隊進行賽車軸承座部件優化、減重
我們已經展示了MSC Apex Generative Design的潛力，以下為帕德博恩大學生方程式賽車隊為他們的賽車設計的軸承座部件——該部件用于支撐車輪軸承，屬于懸架的一部分。
這是一個很典型的案例，因為軸承座一方面要需要承受非常復雜的負載工況，同時對輕量化設計具有迫切需求。由于大賽要求參賽者每年開發一款新的賽車，仔細檢查每一個零件，以提升競爭優勢，因此設計過程中需要進行大量的零件設計優化。MSC仿真工具，例如：Adams 和 MSC Nastran 被用于進行后續的部件優化。
▲ 采用MSC Apex Generative Design進行增材制造設計
開發過程首先從基于Adams的多體動力學仿真中獲取載荷開始，Adams模型模擬了整個懸架的多種工況，包括所有連接點的坐標和作用力。
這些信息被用于建立優化模型并定義其目標。
在 MSC Apex Generative Design中定義了一個盡可能大的設計空間（如上圖所示）。
在這個方程式賽車項目中，對應輪輞內的空間減去叉形臂的安裝空間以及所選的制動系統。運行MSC Apex Generative Design優化算法，設計空間內的材料在確保滿足各種邊界條件、約束以及優化目標的前提下會被盡可能的削減。
展開 方程式賽車立柱優化設計
摘 要:方程式賽車立柱是整車最重要的部分之一，立柱受力復雜且屬于簧下質量。本文應用 solidThinking Inspire 軟件設計立柱模型，在滿足復雜受力的前提下實現立柱輕量化。
關鍵詞: 立柱優化 solidThinking Inspire
1 概述
中國大學生方程式汽車大賽（簡稱“中國 FSC”）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關專業在校學生組隊參加的汽車設計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規則和賽車制造標準，在一年的時間內自行設計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優異表現的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環節的比賽。中國大學生方程式汽車大賽于 2010 年在上海第一次舉辦， 經過三年發展參賽高校達到 40 多所，各車隊制造加工的賽車質量也不斷提高，競爭日益激烈。
立柱是賽車最重要的部分之一，其上連接有輪轂、懸架上下 A 臂和制動卡鉗，并且承載整車質量。制造加工中，立柱由自行設計加工得到。立柱受力復雜，容易出現問題。同時立柱屬于賽車的 簧下質量。減少賽車的簧下質量有助于提高賽車的操縱穩定性。所以在保證立柱足夠剛度的情況下需要盡量減小其質量。為降低質量采用材料為 7075 航空鋁材。
2 優化空間確定
立柱模型如圖 1 所示：
圖 1 優化前立柱模型
模型右側設計空間為制動卡鉗安裝位置（2 個安裝孔）。上部為上 A 臂支座安裝位置（2 個安裝孔）。下部為下 A 臂支座安裝位置（4 個安裝孔）。中間圓環為輪轂軸承安裝位置。
展開 大學生方程式賽車設計及教程
大學生方程式賽車競賽分為靜態項目（工程設計、成本分析、商業計劃演示等）和動態項目（防滑性、加速性、越野性、耐力性以及燃油經濟性等）兩類。由于大多數團隊沒有足夠的資金生產多個原型賽車或進行大量的物理試驗，仿真設計方法就成為大學生獲得最佳賽車設計方案的途徑。
Altair倡導仿真優化技術驅動創新設計的研發理念，借助其一流的仿真工具和獨一無二的優化工具，實現產品的創新設計。Altair憑借在汽車行業豐富的工程經驗，為大學生方程式賽車提供完整的解決方案，從車架輕量化設計、復合材料優化設計、碰撞安全分析和流場分析等，幫助大學生實現更好、更快、更輕的賽車設計目標。
下載仿真優化技術驅動大學生方程式賽車創新設計
下載大學生方程式賽車復合材料優化教程
關于Altair
Altair的產品和服務通過優化對商業和工程信息的分析、管理和可視化，致力于增強客戶的創新力和決策力。Altair目前為私人所有，在全球擁有1500多位員工，分支機構遍及美洲、歐洲及亞太地區。憑借其在產品設計、先進工程軟件和網格計算技術上26年的經驗，Altair不斷為各個行業的客戶創造競爭優勢。了解更多信息，請訪問www.altair.com.cn 市場部：傅玲燕
聯系電話：+86 21 61171666 轉 103
info@altair.com.cn
展開 HyperWorks 迎接學生方程式賽車的嚴峻挑戰
行業：高校
挑戰：實現車身減重同時提高性能
Altair 解決方案：HyperWorks優化工具
優點：提高車身剛度的基礎上實現車輛減重 ； 加速研發流程 ；節省材料 ； 減少物理試驗次數 ； 在比賽中名列前茅
背景介紹
學生方程式競賽是一項國際性的大學生設計競賽，該賽事由美國汽車工程師學 會（SAE）于1981年提出并于1998年在歐洲推廣。SAE指出，該項比賽的宗旨是“通過小型、方程式車輛競賽來訓練本科生和研究生的構思、設計及生產能力。”多年 來，學生們已經研發出創新的內燃動力車，并從2010年開始舉辦了電動車競賽項目。
車輛越輕，車輛的加速和操縱性能越好，車輛也越省油。學生方程式賽車重量 通常在150Kg到300Kg之間。這一數值很大程度取決于車身的優化程度以及隊員們的設計理念（如輕量化設計會使用單缸發動機配備10寸輪轂，而動力性設計會使用4 缸發動機配備13寸輪轂）。通常情況下，新團隊設計的賽車的優化程度要低于經驗 豐富團隊的設計方案。
學生方程式競賽分為靜態項目（工程設計、成本分析、商業計劃演示等）和動態項目（防滑性、加速性、越野性、耐力性以及燃油經濟性等）兩類。由于大多數 團隊沒有足夠的資金生產多個原型賽車或進行大量的物理試驗，他們不得不求助于虛擬設計方法來獲得最佳的設計方案。近來，斯圖加特大學的兩支隊伍在比賽中表 現出色。這一成績均得益于賽車生產之前HyperWorks在設計方案模擬和車輛減重方面的應用。兩隊的動力系統不同，但在HyperWorks應用上都獲得了顯著的成效。
挑戰
在減輕重量的同時提高車身性能是學生方程式賽車設計生產的根本途徑。
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