Design and static structural analysis of a race car chassis for Formula Society of Automotive Engineers (FSAE) event

Purpose: Road passenger transportation faces a global challenge of reducing environmental pollution and greenhouse gas emissions due to vehicle weight increases needed to enhance passenger safety and comfort. This paper presents a preliminary mechanical design evaluation of the Wikispeed Car (with a focus on body bending, body torsion and body crash) to assess light-weighting implications and improve the vehicle's environmental performance without compromising safety. Approach: For this research, finite element analysis (FEA) were performed to examine the Wikispeed chassis for light-weighting opportunities in three key aspects of the vehicle's design, namely: i) for body bending the rockers (or longitudinal tubes); ii) for body torsion (again on the rockers but also the chassis as a whole); and iii) for crash safetyon the frontal crash structure. A two phase approach was adopted, namely: in phase one, a 3D CAD geometry was generated; and in phase two FEA was generated. The combination of analysis results was used to develop the virtual model using FEA tools and the model was updated based on the correlation process. Findings: The research revealed that changing the specified material Aluminium Alloy 6061-T651 to Magnesium EN-MB10020 allows vehicle mass to be reduced by an estimated 110kg, thus, producing a concomitant 10% improvement in fuel economy. The initial results imply that the current beam design made from magnesium would perform worst during a crash as the force required to buckle the beam is the lowest (between 95.2 kN and 134 kN). Steel has the largest bandwidth of force required for buckling and also requires the largest force for buckling (between 317 kN and 540 kN). Originality: This is the first study of its kind to compare and contrast between material substitution and its impact upon Wikispeed car safety and performance.

show abstract

“…<Insert fastening is suitable for lightweight automotive space frame chassis (Mohamad et al, 2017;Soo et al, 2017).…”

Section: Body In Torsionmentioning

confidence: 99%

A preliminary mechanical design evaluation of the Wikispeed car: for light-weighting implications

Kulkarni

Edwards

Chapman

et al. 2019

JEDT

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…To obtain a minimum chassis failure rate, a combination of material technology and chassis analysis test is needed. Many analysis tests of the chassis have been carried out, as was done by [13]. In this analysis test: Main roll hoop, Front roll hoop, Static slide, Side impact, Torsional static.…”

Section: Literature Review and Problem Statementmentioning

confidence: 99%

Modeling analysis of the effect of the main roll-hoop length on the strength of Formula Student chassis

Siswanto¹,

Subagyo²,

Isworo³

et al. 2019

EEJET

View full text Add to dashboard Cite

Шасі є дуже важливою частиною транспортного засобу, на якій будується весь кузов. Всі зовнішні навантаження транспортного засобу включають власну вагу, яку підтримує шасі. Проектування та аналіз шасі грають важливу роль в створенні транспортного засобу. Щоб розкрити феномен автомобіля класу Formula Student, було виконано моделювання в Autodesk Inventor зі зміною довжини дуги безпеки і статичного навантаження 9, 6 та 5 кН. Матеріалом шасі є вуглецева сталь з механічними властивостями, відповідними до нормативних стандартiв. Результати, отримані в даному дослідженні, показують, що співвідношення довжини головної дуги безпеки до нормального напруження і прогину однакове, чим більше значення довжини головної дуги безпеки, тим вище значення нормального напруження і прогину. Співвідношення між довжиною головної дуги безпеки і нормальним напруженням полягає в тому, що чим більше значення довжини головної дуги безпеки, тим вище значення нормального напруження. У той час як співвідношення між довжиною головної дуги безпеки і напруженням зсуву показує, що чим більше довжина головної дуги безпеки, тим нижче значення напруги зсуву Т-х. Співвідношення між довжиною головної дуги безпеки, нормальним напруженням і напруженням зсуву T-y однакове, а саме, чим більше значення довжини головної дуги безпеки, тим вище значення нормального напруження і напруження зсуву T-y. Співвідношення довжини головної дуги безпеки до нормальних напружень полягає в тому, що чим більше довжина головної дуги безпеки, тим вище значення нормального і крутильного напруження. Результати випробувань нормального, зсувного і крутильного напруження показали, що шасі типу B з висотою головної дуги безпеки 504 мм і довжиною 125 мм відповідає вимогам Ключові слова: шасі, проектування та аналіз шасі, моделювання в Autodesk Inventor, зміна довжини дуги безпеки, механічні властивості UDC 624.

show abstract

“…The angle between 45 and 50 degrees from horizontal was calculated to be optimal for a driver's safety and comfort. The shallower seat position has a favorable impact by decreasing the driver's head and chest lower and the average center of gravity of the vehicle is therefore reduced [1]. With the driver's head lower, it will be more difficult for short drivers to see over the front roll hoop and bulkhead.…”

Section: Driver Seatingmentioning

confidence: 99%

“…The lateral impact design includes two frame members and one diagonal member to avoid impact [1]. There is a 2-inch gap on both sides of the driver seat inside the cockpit.…”

Section: Side Impact Requirementsmentioning

confidence: 99%

“…The teams are awarded points, based on different criteria of designing, fabricating and trail running the car. Basically, the criteria are based on the rulebook framed by SAE INDIA [1]. As per the rulebook, this paper examines numerous traits of design of the vehicle frame, with an application emphasis to an open-wheeled, space-frame race car chassis, as used in Formula racing.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Design Optimization and Simulation Analysis of Formula SAE Frame Using Chromoly Steel

Kumar¹,

S.²,

R.³

et al. 2019

JES

View full text Add to dashboard Cite

Compliance with the rules and regulations of competition “Student Formula Car Racing” that conducted annually by the ‘Society of Automotive Engineers’ (SAE) India, the car frame must be designed and built with supreme priority. The major task posed is to design and fabricate a light weighed vehicle chassis frame without compensating the safety. This paper boards various methods of material selection, technical design optimization and Finite Element Analysis using ANSYS. The basic design is based on the anthropological study data of the specified human (95th percentile male) al-lowing fast ‘way-in’ and ‘way-out’ access from the car. According to the rules book specification on material selection, AISI 4130 chromoly steel was the first time identified for the frame design. Resulting in the final design of the vehicle frame, various analyses were done using ANSYS and the successive results are plotted and discussed. The entire design optimization and simulation analysis are based on the 2019 Formula SAE rules book. Keywords: finite element analysis, AISI 4130 chromoly steel, frame construction, Society of Automotive Engineers.

show abstract

Design and static structural analysis of a race car chassis for Formula Society of Automotive Engineers (FSAE) event

Cited by 18 publications

References 3 publications

A preliminary mechanical design evaluation of the Wikispeed car: for light-weighting implications

A preliminary mechanical design evaluation of the Wikispeed car: for light-weighting implications

Modeling analysis of the effect of the main roll-hoop length on the strength of Formula Student chassis

Design Optimization and Simulation Analysis of Formula SAE Frame Using Chromoly Steel

Contact Info

Product

Resources

About