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有限元分析在摩托车车架设计中的应用

有限元分析在摩托车车架设计中的应用
有限元分析在摩托车车架设计中的应用

摩托车车架结构动力分析

课程设计指导书——摩托车车架结构动力学分析 班级:机制0606 学号:012006008018 姓名:张勇杰 指导老师:王彦伟

目录 1. 本课程设计目的 (3) 2.摩托车车架分析条件 (5) 3.分析模型 (8) 4.模态分析 (9) 5.瞬态响应分析 (14) 6.结果分析与总结 (20)

1. 本课程设计目的 近年来,我国摩托车工业飞速发展,在短短十几年间己超过日本一跃成为世界第一摩托车生产大国。然而,与急剧增长的产量相比较极不相称的是国产摩托车的设计开发能力和产品技术含量显得很低,相当多的产品仍是低水平的重复,技术含量高、较为先进的车型都是引进技术或在引进技术基础上改进的车型,国内企业尚无能力独立自主地开发自己的产品,仅仅是在模仿测绘国外的产品。造成这种局面的主要原因,一是对知识产权保护力度不够;二是企业对产品开发投入不足,目前一般大型企业开发投入不足销售额的 1.5%,而国外一般在5%左右:三是缺少高水平的设计开发人才;四是缺乏产品验证手段,至今还没有一个国家级摩托车综合试验场。这就使我国摩托车行业的发展极不健康,如不及时采取措施,面临激烈的市场竞争以及加入世界贸易组织后国外先进车型的冲击,我国摩托车工业将陷入艰难的境地。因此,加大摩托车的科技投入,深入开展提高摩托车设计开发水平的科研工作显得尤为迫切。目前,许多发达国家及我国台湾省等,摩托车产品的开发设计、模拟分析过程全部计算机化和动态化,而国内摩托车的设计水平还停留在测绘仿制、进行传统的静强度校核的静态设计阶段。这种把本属动态性质的问题简化为静态问题来处理的方法,弊病很大.实际摩托车在行驶过程中,受到来自路面连续载荷的冲击及发动机自身工作时运动件惯性力的激励,是在一种振动状态下工作,特别在发生共振时会大大降低结构强度,并增加车体的振动和噪声。传统的方法把整个结构当作刚性系统来设计,

车架有限元分析

1前言 车架是汽车的主要部件。深人解车架的承载特性是车架结构设计改进和优化的基础。过去汽车设计多用样车作参考,这种方法不仅费用大,试制周于精确解。因此,正确建立结构的力学模型,是分析期长,而且也不可能对多种方案进行评价。现代车架设计已发展到包括有限元法、优化、动态设计等在内的计算机分析、预测和模拟阶段。计算机技术与现代电子测试技术相结合已成为汽车车架研究中十分行之有效的方法。实践证明,有限元法是一种有效的数值计算方法,利用有限元法计算得到的结构位移场、应力场和低阶振动频率可作为结构设计的原始判据或作为结构改进设计的基础。 2车架的静态分析 2.1力学模型的选择 有限元分析的基本思想,是用一组离散化的单元组集,来代替连续体机构进行分析,这种单元组集体称之为结构的力学模型;如果已知各个单元体的力和位移(单元的刚度特性),只需根据节点的变形连续条件与节点的平衡条件,来推导集成结构的特性并研究其性能。有限元的特点是始终以矩阵形式来作为数学表达式,便于程序设计,大量工作是由电子计算机来完成,只要计算机容量足够,单元的剖分可以是任意的,对于任何复杂的几何形状,多样化的载荷和任意的边界条件都能适应。然而,由于有限元是一种数值分析方法,计算结果是近似解,其精度主要取决于离散化误差。如果结构离散化恰当,单元位移函数选取合理,随着单元逐步缩小,近似解将收敛于精确解。因此,正确建立结构的力学模型,是分析工作的第一步目前采用有限元分析模型一般有如下两种:梁单元模型和组合模型等。梁单元模型是将车架结构简化为由一组两节点的梁单元组成的框架结构,以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。其优点是:划分的单元数目和节点数目少,计算速度快而且模型前处理工作量不大,适合初选方案。其缺点是:无法仔细分析车架应力集中问题,因而不能为车架纵、横梁连接方案提供实用的帮助。组合单元模型则是既采用梁单元也采用板壳单元进行离散。在实际工程运用中,由于车架是由一系列薄壁件组成的结构,且形状复杂,宜离散为许多板壳单元的组集,其缺点是前处理工作量大,计算时间长,然而随着计算机技术的不断发展,这个问题已得到了较好的解决,而且由于有大型有限元软件支撑,巨大的前处理工作量绝大部分可由计算机完成,也不是制约板壳元模型实际运用的困难了。这种模型使得对车架的分析计算更为精确,能为车架设计提供更为有利的帮助。 2.2车架的计算方法 汽车车架的主要结构形式为边梁式车架,货车车架纵梁截面多为槽形,横梁截面可为槽

车架有限元分析

目录 一结构简介 (1) 二计算载荷工况 (2) 三有限元模型 (5) 四静强度分析结果 (10)

一、结构简介 本次作业以某转向架构架为几何模型,进行静强度分析,下图为本次计算针对的某型转向架几何模型,结构上由侧架、摇枕、转臂座、齿轮箱吊挂、轴箱吊挂、一系减震器座等组成。整个计算主要分为网格划分和静强度计算两个过程。 图1 某型转向架几何模型(a) 图2 某型转向架几何模型(b) 二、计算载荷工况

根据要求,对转向架采取如下的加载方式: 1、约束 图3 约束要求 如下的局部视图中圈出处即为所加的约束之一; 图4 模型中所加约束之一 在此点出建立Z 方向的 位移约束 在此点出建立X 、Z 方 向的位移约束 在此点出建立X 、Y 、Z 方向的位 移约束 在此点出建立Y 、Z 方 向的位移约束

2、载荷 图5 受力要求 模型中加载作用力的局部视图如下(注:图中坐标系中红色为X 轴,绿色为Y 轴,蓝色为Z 轴); 图6 Z 轴正向26.2kN 的力 在此处加26.2KN 的力,力的方向为Z 轴负方向 在此处加26.2KN 的力,力的方向为Z 轴正方向 在此处加45.6KN 的力,力的方向为X 轴正方向中心销半圆内部分(Z 方向距上盖板80mm,距下盖板131mm ,X 方向距离圆心7mm )

图7 Z轴负向26.2kN的力 图8 中心处加载X轴正向45.6kN的力计算工况如下表1所示 表1 工况 工况 横向 (X向) 纵向 (Y 向) 垂向 (Z向) 1 -- -- +

整个模型由两类网格组成:构架采用壳网格单元建立模型,转臂座构件采用六面体网格建立模型;其中壳网格单元以四边形网格为主。有限元模型重量为1422.015kg,结点总数为81382,单元总数为74991。有限元模型如图9~12所示。 图9 壳单元模型(1/4模型) 图10 转臂座实体网格模型

用有限元方法进行摩托车动力响应分析报告

用有限元方法进行摩托车动力响应分析 文>>月辉史春涛骞郝志勇 摘要本文采用有限元方法对某125型骑式摩托车进行了动力响应分析。文章首先建立了摩托车整车的有限元模型,并利用该模型进行摩托车整车的动态特性计算,取得了和实验模态分析一致的结果。而后分析了摩托车在发动机激励和路面不平度激励下的整车动力学响应特性,得出了具有工程参考价值的结论。 关键词摩托车应力有限元法 本文采用有限元方法研究了摩托车整车结构的动态特性,并进行了在各种激励作用下的动力响应分析,得到了发动机车架的应力场,可用于进一步的摩托车强度分析。 1、摩托车有限元模型的建立 摩托车有限元模型如图1所示。 摩托车的车架结构大多是由各种截面形状的梁组合而成的空间框架结构,而且其截面尺寸,包括直径、壁厚,与构件长度相比很小,因此选用空间的直梁或者曲梁单元来离散车架结构,而车架的一些板件和加强盘可以采用空间板元模拟,各种梁单元的截面力学特性可用有限元程序的前处理模块或CAD软件计算。 摩托车的发动机具有较大质量,同时也具有很大刚度。考虑到发动机在车体结构中所起的作用及变形小的特点,将发动机简化为若干个板单元,这些板的总质量应与发动机的质量相同。然后,根据发动机与车架的实际连接方式,将由这些板单元模拟的发动机与车架组装到一起。 摩托车的减振器主要作用是支撑车体并缓和振动与冲击。考虑到减振器的结构与作用,简化后减振器的模型在受到载荷时应具有较大的轴向位移,同时又要有较大抗弯刚度。本文把减振器简化为一种梁单元和弹簧阻尼单元的综合体——轴向刚度由弹簧阻尼单元提供,而抗弯刚度由梁单元提供。 摩托车车轮主要由轮胎和轮辋组成,其中轮胎直接与路面接触,与摩托车悬挂共同缓和摩托车行驶时所受到的冲击,并协助减振,轮辋是固定轮胎的骨架,它与轮胎共同承受作用在车轮上的负荷。轮辋可以采用若干个梁单元模拟,轮胎

车架有限元分析word版

以ANSYS软件为分析工具对从国外引进的某重型车的车架进行了有限元分析、模态分析和以路面谱为输入的随机振动分析,通过用壳单元离散车架及MPC单元模拟铆打传力建立计算模型,研究该车架静、动态性能,了解该车架的优缺点。 车架是汽车的重要组成部分,在汽车整车设计中占据着重要位置,车架结构设计历来为广大汽车厂商所重视。本文以某汽车公司从欧洲引进的某重型车车架为研究对象,对该车架结构的动、静态特性进行分析计算,消化、吸收欧洲的先进技术并在此基础上进行自主创新设计。分析手段主要是通过建立正确的有限元分析模型,对车架进行典型工况的静态分析、模态分析和路面不平度引起的随机振动分析,以此了解车架的静态和动态特性,了解该车架的优越性能及其不足之处,为新车架的改型设计提供依据。 1 有限元分析模型的建立 该车架为边梁式,由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成,用铆接或焊接方式将纵梁和横梁联接成坚固的刚性结构,纵梁上有鞍座,其结构如图1 所示。由于车架是由一系列薄壁件组成,有限元模型采用壳单元离散能详细分析车架应力集中问题,可以真实反映车架纵、横梁联接情况,是目前常采用的一种模型。该车架是多层结构,纵梁断面为槽形,各层间用螺栓或铆钉联接,这种结构与具有连续横截面的车架不同,其力的传递是不连续的。 该车架长7m,宽约0.9 m,包括双层纵梁、横梁、外包梁、背靠梁、鞍座、飞机板、铸铁加强板、发动机安装板、三角支撑板和后轴等部分。考虑到车架几何模型的复杂性,可在三维CAD软件UG里建立车架的面模型,导人到Hypermesh软件中进行网格划分等前置处理,然后提交到ANSYS解算。车架各层之间的铆钉联接,可以用Hypermesh-connectors中的bar单元来模拟铆钉联接,对应的是ANSYS的MPC单元,因车架各层间既有拉压应力,又有剪应力,故MPC 的类型应选择Rigid Beam方式。由于该车是多轴车,为超静定结构,为了得到车架结构的真实应力分布,必须考虑悬挂系统的变形情况。整个车架结构应力分析的有限元模型由车架有限元模型和悬挂系统等效有限元模型组成,其中纵横梁、加强板等为薄壁结构,以壳单元shell63离散;钢板弹簧、轮胎以弹簧单元模拟;前悬弹赞的模型为在每边纵梁上采用2个弹簧单元,每个弹簧单元通过MPC 与车架联接,后悬弹簧的模型为在每边纵梁上采用1个弹簧单元与车架后轴联接。离散后,壳单元总数为46 770个,MPC单元为1 338个,材料为欧洲高强度材料,屈服极限500 MPa,杨氏模量为200GPa,泊松比0.3。

汽车车架有限元分析参考文献

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EQ1075G车架有限元分析

EQ1075G车架有限元分析 An FEM Analysis of the EQ1075G Frame 蒋光福刘永超耿广锐李智勇刘道勇 (东风汽车公司技术中心) 摘要: 本文对EQ1075G车架进行自由模态和静态应力有限元分析,针对分析结果给出了改进设计建议方案。 主题词:汽车车架模态应力优化设计有限元分析 Abstract This paper has introduced mode and stress FEM analysis for the EQ1075G frame and has put forward improved design structure on this analyzed resolution. Keywords: Automobile Frame Mode Stress Optimization design FEM analysis 一、前言 根据EQ1075G车架产品开发的需要,本文对车架原设计方案进行有限元模态和应力分析,并根据分析结果,提出了改进设计建议方案;同时,对该改进设计建议方案也进行了有限元模态和应力分析,并作出了相应的评价。 二、结构模型化 由于该车架主要是板材结构,因此模型化时主要采用板单元;车架上所有的铆钉连接用梁单元和刚性单元模拟;钢板弹簧用弹簧单元模拟;车架有限元模型如图1所示。 车架有限元模型规模:节点84900个,单元81318个,其中板单元81062个,弹簧元12个,梁单元24个。

图1 车架有限元分析模型 三、计算参数 钢板弹簧的刚度系数: =86.926N/mm 前钢板弹簧的垂直刚度系数:C 前 后钢板弹簧的主簧的垂直刚度系数:C =92.904N/mm 后主 后钢板弹簧的副簧的垂直刚度系数:C =115.15N/mm 后副 EQ1075G车架采用特高强度热轧冷成型钢Domex 700MC材料,该材料的物理性能为:弹性模量E=210000N/mm2,泊松比μ=0.3;该材料的机械性能为:最小屈服强度是700000KPa,最小抗拉强度是750000KPa,最大抗拉强度是950000KPa.。 本文应力分析时,取动荷系数为1.0。 四、边界条件 本文分析车架应力时,施加了作用于车架上的所有载荷,其中重力包括动力总成5855.5N,油箱及托架1117.2N,水箱及中冷器588N,驾驶室及乘员5880N,蓄电池及其框架686N,贮气筒及其框架980N,车厢9310N以及载荷39200N。 本文分析了三种工况下的车架应力分析规律及其最大应力值,各工况定义如下: 工况1:弯曲工况,汽车满载(4000kg)匀速行驶在水平路面上,只约束前后车轮竖直方向的位移。 工况2:扭转工况,汽车满载(4000kg)匀速行驶在有凸台的路面上,一

基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析

基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析 摘要:采用有限元分析软件ANSYS对自行车车架的两种不同结构进行分析,并确定结构合理的类型,并 对其进行改进优化,并用ANSYS进行验证。 关键词:自行车;车架;结构;ANSYS Finite element analysis for bicycle frame based on ANSYS WANG Shunmin (Faculty of Automotive engineering,WHUT,wuhan 430070,china) Abstract:Using the finite element analysis software ANSYS to analyze two different structure of the bicycle frame, and determine the reasonable one, and according to the analysis results,the sharp optimization was accomplished, with ANSYS for verification. Key words:bicycle;frame;structure;optimization 自行车从诞生到现在已经有200多年的历史,因为其具有结构简单、售价低廉、自重轻、维护容易、不需能源、无污染、无噪声、使用方便灵活等优点而独具特色。随着全球现代化的发展,交通拥堵、空气污染、油价上涨等问题日益严重,自行车作为传统的交通工具,在人们的生活中仍然具有举足轻重的地位。 自行车在日常生活中使用广泛,而自行车车架作为自行车上面主要的承受道路复杂载荷的作用的部分,对其进行结构的强度和刚度分析在自行车的设计分析中占有很大比重。由于自行车受力比较复杂,传统的经验设计有很多的盲目性,不能定量的分析结构强度,很容易造成车架的结构设计不合理以致出现过分的应力集中。采用有限元分析软件ANSYS对自行车车架进行分析,可以在设计初期发现不合力的结构以及可能存在的缺陷。目前市面上最常见的两种车架结构形式如下图1、2所示,分别为“四边形+三角形”和“两三角形”结构的形式,本文通过对这两种车架结构进行分析,确定其中结构合理者,并对其进行改进和优化。 1.自行车车架的有限元模型的建立, 1.1车架线框和实体模型的建立 建立准确、可靠的自行车车架模型是进行有限元分析最重要的步骤之一,首先对自行车的尺寸数据进行测量,本文主要通过对图片尺寸进行测量,然后乘以相应的比例关系,得到实际车架的数据。本文通过CATIA软件强大的测量功能分别得到两个车架的坐标数据。主要得到车架关键点的坐标数据,包括前叉部位、把手、车座、后轮轴部位、脚蹬等部位,以及梁连接点位置,一共包括14个点的坐标值。在ANSYS中进行建模,根据所测得的数据建立模型,得到两个车架结构线框模型分别如图3、4。在建模过程中选择梁单元beam4,指定材料的弹性模量为2.11E11Pa,泊松比为0.3。梁选择圆管类型,内外径分别根据自行车实际尺寸进行设置。 1.2 划分网格,设置单元大小为0.005m,对整个模型进行划分。 1.3 施加边界条件,自行车在实际的使用过程中,道路和行驶状况差异很大,受力等边界条

浅谈摩托车车架焊接工装的设计

浅谈摩托车车架焊接工装的设计 焊接工装是摩托车车架制作过程中的关键设备,其设计质量不仅直接影响车架的精度,而且也决定生产效率和工人的作业条件。 1 焊接工艺方案的确定 1.1 准备工作 主要研究原始资料,明确设计任务和进行必要的调查研究。一般应具备下列原始资料。 a)车架的生产纲领(年产量)、生产性质与类型。 b)车架图纸、技术要求及其他相关件的装配关系。 c)车间的生产条件,如作业面积、动力供应及技术水平等。 d)相关技术标准、法规和本企业的发展目标。 1.2 工艺方案的设计 在调查研究和对资料综合分析的基础上拟定车架的工艺方案(包括焊接工艺规程、工程计划表和结构草图等)。需对下列内容进行构思和选择。 a)根据生产纲领等确定车架的生产节拍。 b)根据车架零部件的装配顺序、焊接方法、焊缝的位置及质量要求、生产节拍和各工序工时的均衡来规定生产组织形式和工艺路线的安排,包括划分车架零部件组焊的工序和所需焊接工装的数量及其在车间的布局。 c)实现某种功能拟采用的原理和相应的机构。如定位与夹紧的方式和机构、焊件的翻转或回转等。 d)各工序所需工装的基本构成、车架零部件的定位、夹紧位置和总体布局,主要零部件的基本结构。 2 焊接工装的设计 2.1 焊接工装的设计原则 首先是焊接工装满足工艺技术要求,并应便于操作、安全、可靠及满足外观和经济上的要求。 2.2焊接工装的设计要求 a)焊接工装应具有动作迅速、操作方便,操作位置应处在工人最容易接近、最易操作的部位。特别是手动夹具,其操作力不能过大,操作高度应设在工人最易用力的部位,当夹具处于加紧状态时应能自锁,一般操作高度应控制在800~900mm。 b)焊接工装应有足够的装配、焊接空间,不能影响焊接操作和焊接观察,不妨碍焊件装卸。所有定位元件和夹紧机构的执行元件应可调,即能伸缩和转位。同时必须保证焊接机头的焊接可达性。 c)夹紧可靠,刚性适当。加紧时不能破坏焊接件的定位位置和几何形状(如变形、凹陷、划伤等),且要保证夹紧后不能使焊件松动滑移,可以采取压头行程限位、加大压头接触面积或在压头上安装铜、铝、硬塑料衬垫等措施。 d)为使需要翻转的工操作安全和方便,应设置在任何角度都能自锁的保护装置。 e)在生产时,CO2气体保护焊会产生烟尘和熔融金属的飞溅物,这会损坏工装上外露的光滑定位面、滑动面和焊件的螺纹,故需要有遮掩等措施。 f)夹具的施力点应位于或近于焊件的支撑处,要防止支撑反力与夹紧力或重力形成力偶。 g)注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁和绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。例如电阻焊时,需要考虑夹具的导电、导热和绝缘性能。 h)夹具上的定位器和夹紧机构的机构形式不宜过多,以利于制造和维护。可采用气动等驱动方式,以提高生产效率和减小工人的劳动强度。 i)优先选用通用化、标准化的夹紧机构以及标准零部件来制作焊接工装夹具。 j)焊接工装作为焊接电源二次回路的组成部分,为避免因弧而发生工作表面的烧损,要使二次回路的一段从焊件最近一端引出,避免焊接电流从工装周身通过。 k)工装易损部位通常设计成可更换结构(如衬套等),且需热处理,表面硬度达到43~48HRC,

摩托车车架知识

二轮车架 一.车架的功用 摩托车车架用来支撑发动机.变速传动系统以及摩托车乘员.此外车架还为车轮提供安装位置,从而使整个车架又支撑在车轮上.摩托车的前轮作为转向轮可以左右摆动.由于车架是整个摩托车的支撑部分,因此其材料和结构必须有相当的强度和刚性,同时又要求重量轻巧,以便高速行驶.其中两轮摩托车车辆在静止状态时,必须借助于支架来保持平衡:在行驶过程中,必须靠操控来保持平衡.因此,两轮车架要尽量采用重量轻,刚性好的管材或板材.另外在零部件的组成方式上大都以外露的形式装配在车架上的一定空间范围内,在外观造型方面也十分考究. 二.车架的分类 摩托车的使用范围广泛,种类繁多,为了适应各种车辆的使用要求,必须设计出各种不同特性的车架,一般来说,摩托车车架的形式以发动机的大小而异,具体说,是由车辆性能加工的形式以及使用状况的不同而定的.从大的组合结构形式来看,分为两大类:1. 由多个简单件通过一定的工艺组合成一个空间框架结构体,即空间结构型车架.2.以一个主梁为主体骨架,加上一些辅助安装件组成的主体梁式结构车架. 图1.2就是两种类型车架的代表 按结构形式分类 1.摇篮式车架:其特点是摩托车发动机的安装状态犹如婴儿被放在框架的摇篮中一 样,所以称为摇篮式车架.这些空间结构的车架在强度和刚性方面都要好的多,所以 大功率摩托车.高速竞赛车广泛地采用这种车架. 摇篮式车架又可细分为

⑴双排管摇篮式车架:从车架转向立管至发动机下方由两根并排钢管配置.,如LX250-8, ⑵叉形管摇篮式车架:以单根钢管与车架转向立管相接,而在发动机下方为两根并排 钢管配置,例如LX150-. ⑶由单根钢管构成摇篮框架的称为单管摇篮式车架. 这三种车架在使用上的区别是(即在成车开发时对车架的选择):根据发动机的结构形式不同而采用相应的车架.除与发动机的大小和形状外其中最主要的原因是为了更合理地布置发动机的排气管及进气管.如双缸和四缸发动机排气管分置两侧,一般易采用叉形管或单管的车架.三缸发动机排气管置于中间和两边,多采用双排管车架.单缸发动机也采用双排管车架或叉形管车架. 摇篮式车架不但有理想的强度和刚性.而且造型美观,有力感,利于成车的结构布置.但这种车架的生产制造工艺技术要求较高. 2.跨接式菱形车架:(如LX125GY-4A)它的特点是省去了发动机下方的车架部,直接利 用发动机本身这一刚性体作为车架的一个组成部分,将车架连接起来.所以这种车 架是依靠发动机把菱形的不连续部分跨接而成,因此称它为跨接式菱形车架

两轮摩托车车架强度分析流程

两轮摩托车车架强度分析流程 一、使用范围 本分析流程适用于本公司两轮摩托车车架的强度分析,主要包括骑士车、踏板车、弯梁车的车架主体(见图1)。 图1车架结构示意图 二、分析思路及理念 根据两轮摩托车和两轮轻便摩托车车架技术条件和试验方法,两轮摩托车车架分析中需要模拟三种典型载荷:水平加载F0、后轮中心部位垂直向上加载F z、副座乘员乘座部位垂直向下加载F s。 校核强度分析中,先对车架进行有限元分析,计算车架的应力分布情况。对于出现应力集中的部位,分析其可能产生的原因,并与该部分所用材料的屈服强度进行比较,判断车架是否会发生屈服破坏,计算该处的安全系数。 为了校核车架的强度,应先列出车架各部分所使用的材料和这些材料的力学性能。如表1所示: 表1车架各部分所用材料力学性能 具体部件所用材料屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa) 车头管20号钢245410 脊梁板和加强板08F号钢175295 其他(管件)Q215号钢335-450215 最后,通过校核车架的安全系数,分析车架的安全性,并指出需要加强的地方。 三、分析过程 3.1建立车架的有限元模型 (1)检查和清理原始模型,分析车架结构的合理性(如加强板的位置形状是否合理),如有明显不合理之处与设计人员沟通是否有特殊的设计意图,并确定车架结构可改动的位置及余量。在将原始模型导入有限元软件之前,清理原始模型上对车架强度不起作用的附件。 (2)网格划分,根据车架的实际情况,通常将车架的单元网格划为3-4mm,将厚度均匀的管件及钣金件划为shell单元,将形状不规则的铸铁或铸铝(如连接座,铸铝车架等)划为四面体单元,

在进行网格划分前应先对几何进行处理,将细小特征清除或释放,以提高网格划分效率及网格质量。对容易出现强度问题的区域可进行网格局部细化,以提高有限元计算精度。 (3)将减震器,后摇臂等暂不考虑强度的部件简化为截面相同的梁单元;将发动机假定为一刚性很大的部件,简化为MPC与车架相连。见图2、3、4 图2骑士车有限元模型图3踏板车有限元模型图4弯梁车有限元模型 3.2工况的设定 两轮摩托车车架分析中需要模拟三种典型载荷:车架前轮受水平冲击力F0的工况;车架后轮受路面垂直冲击力F z的工况;后乘座受垂直向下载荷F s的工况。 载荷的计算: 式中: G——摩托车整备质量(kg) K——修正常数,骑式车取 160-190,踏板车和弯梁车去130-160。 g——重力加速度 Ψ——轮胎与地面峰值附着系数 载荷的模拟: a)水平工况:通过在前轮轴心处施加水平方向的载荷,模拟摩托车在急刹车和

[有限元,运输车,车架]基于HyperMesh的运输车车架有限元分析

基于HyperMesh的运输车车架有限元分析 0 引言 车架作为车辆重要的承载部分,运输车中多数零部件如:驾驶室,发动机,变速箱,车桥等通常都直接与车架相连接。在运动过程中,车架还承受各零部件产生的各种力与力矩的影响,承载情况的复杂性要求车架必须有足够的刚度和强度来避免其主体发生变形或者断裂的现象,以保证其安全可靠性及使用寿命。但是,在以往的设计过程中,设计人员大多采用经验公式进行计算,这种方法并不能精准的计算出车架各部件应力和形变。本文采用HyperWorks软件对车架结构进行有限元分析,运用Radioss及OptiStuct求解器分析了车架的应力和位移形变分布状态及自由模态分析,利用分析结果验证该车架设计的合理性,对后续的结构优化提供理论依据。 1 车架的几何模型及有限元模型 本文以某造船厂运输车车架为研究对象,该车架由型钢焊接而成,两根纵梁为矩形截面型钢,总长9440mm,大梁式,前后等宽,纵梁最大断面尺寸为360mm140mm20mm,横梁最大断面尺寸为300mm140mm20mm,前后端横梁为型槽钢,中间横梁为矩形截面型钢,横梁的长度为920mm。 实际中,车架的形状结构复杂,支撑装置和固定装置多种多样,除几何形体不规则外还存在许多倒圆角和圆孔,如果在建模的过程中将这些细微之处全部考虑在内,就会导致网格的密度很大,单元尺寸极小,节点方程的数量庞大,因而增加求解时间,同时局部的网格质量无法保证,容易导致求解失真。因此,有必要对车架的结构进行合理的简化,建立合理有效的模型,从而减少分析过程中的计算量,提高计算效率。 运用Pro/E三维建模软件对简化处理后的车架结构进行实体建模,为了避免部分零件出现几何缺陷或数据丢失的情况,我们通常将Pro/E中建立的模型保存为.iges格式文件,把该格式文件直接导入HyperMesh中进行后续的网格划分。 对实体模型进行网格划分首先需要对网格单元定义属性,其次定义网格的生成控制,最后划分网格。其中网格的单元属性包括网格单元类型,实常数以及材料特性。本文车架的材质选用16Mn,其杨氏模量为2.061011Pa,泊松比为0.28,材料密度为7800kg/m3,屈服应力为345MPa。本文采用HyperMesh中的自动网格划分功能对已建好的实体模型进行单元网格划分,最后得到了车架有限元模型(如图1所示)。使用HyperMesh中的count功能,可以得出其单元网格个数106472,节点个数53268。 2 车架静态工况分析 车架作为重要的承载部分,这就要求其既要有足够的强度,也要有足够的刚度。足够的弯曲刚度,可使车架上的部件在行驶过程中相对位置不发生改变。车架刚度不足,会引起振动和噪声,也会使汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性及某些基件的可靠性下降,然而其扭转刚度不易过大,否则汽车的通过性变差。

正三轮摩托车车架有限元分析与轻量化设计

Equipment Manufacturing Technology No.05,2018 车架是三轮摩托车主要的承载部件,承受着来 自车内外的各种动、 静载荷,故车架应是有足够的刚度、轻度、 可靠性和使用寿命[1]。传统的设计方法周期长,且对于设计目标进行定量分析的性能较差。如果在产品的研发周期阶段下引入CAE 分析技术,在保证车架承载能力的前提下,建立一种优化设计车辆的方法,就可以实现结构的轻量化设计, 降低开发成本,提高产品的竞争力。 1轻量化概念及措施 在确保结构强度和安全性能的前提下,使用新材料降低自重,或采用现代设计方法对物体进行优 化设计,达到减重、安全、降耗、环保的要求[2]。提到轻量化设计,主要从材料和结构设计合理 化两方面考虑。 (1)材料 国内外主要轻量化的材料主要有: A 、有色合金材料: 铝合金、镁合金使用较为广泛;B 、非金属材料:以目前广泛应用的碳纤维为代 表; C 、高强度钢。 (2)结构设计合理化 通过对正三轮车车架结构进行多次结构优化、设计,合理减少车架重量,校核轻量化后车架结构的强度,在确保满足安全性能前提下进行减重。 本文对正三轮车车架轻量化的主要途径是利用 有限元分析(FEA )技术进行结构优化设计,在保证车架承载能力和满足可靠性的基础上,合理设计结构布局,去除多余材料,通过优化壁厚进行减重。 2有限元分析 2.1有限元建模 正三轮摩托车车架主要是由矩管与圆管焊接而 成。本文中,对车架非承载件进行模型简化。FE 模型如图1所示。 车架FE 模型主要由抽中面和焊接完成,网格单元长度取5mm ,网格数量199086个,其中壳单元 194468个,实体单元4618个。矩管与圆管结构处理为壳单元,立管处理为实体单元。2.2分析工况 正三轮摩托车在实际行驶过程中大部分处于超载状态,因此在进行有限元分析计算时,从安全角度考虑,所施加的货物及车架所受外载荷都为实际使用过程中较恶劣情况,以最大限度保证三轮摩托车 正三轮摩托车车架有限元分析与轻量化设计 杨方媛,王利娟, 涂奎(隆鑫通用动力股份有限公司技术中心,重庆400052) 摘要:车架不仅要求足够的强度和刚度,而且需要最大限度减轻其自重,以提高整车的动力性和经济性。对于以货运为主的三轮摩托车,车架自身质量占整车质量的比例较大,因此减轻车架自重对三轮摩托车的轻量化研究具有重要意义。本文选用一款货用三轮车为分析对象,对现有车架建立FE 模型并进行试验验证,结合有限元分析手段解决减重与强度之间的矛盾问题,得出以80%用户实际使用情况为边界条件的轻量化车架。关键词:正三轮摩托车;车身强度;静强度分析;轻量化分析;有限元法中图分类号:TH122 文献标识码:A 文章编号:1672-545X (2018)05-0052-04 收稿日期:2018-02-27 作者介绍:杨方媛(1992-),女,陕西渭南人,学士,工程师,研究方向为可靠与耐久性研究。 图1正三轮摩托车有限元 模型 52

摩托车车架可靠性分析

摩托车车架可靠性分析 摘要:对摩托车车架进行可靠性分析对保障驾驶者的生命安全,提高企业的声誉有着重要的作用。本文分别通过Steinberg三区间法和MSC.Fatigue有限元分析软件分析计算摩托车车架的疲劳寿命,得到摩托车车架的可靠性分析结果。 关键词:摩托车车架;三区间法;有限元 1.基于Steinberg三区间法车架的疲劳分析 摩托车车架在摩托车长期的行驶中每时每刻都会受到疲劳破坏作用,最开始是在某个局部小范围内出现裂纹,然后由于摩托车长期的使用,车架的裂纹会逐步的扩散,直至钢管的断裂,情况严重时会给驾驶员的生命造成伤害,因此对摩托车车架的疲劳分析和对其进行寿命预测是分析摩托车车架可靠性的重要因素。 1.1.疲劳分析的相关概念 疲劳是设备部件在其最大临界状态以内重复性的受到可以容许的力的作用而出现小范围内断裂的现象。作用力的大小、变化幅度、受力点的位置变化以及受力的次数都是影响设备部件疲劳的主要因素。通常在设备部件疲劳设计的相关问题研究中需要测定各种材料的P-S-N曲线和对应的疲劳极限。 1.2.摩托车车架疲劳失效理论 设备部件在载荷的作用下会有一次失效、寿命失效和累计损伤失效这三种失效形式。本文研究摩托车车架的疲劳失效主要考虑车架的累计损伤失效。由于车架的受力是随机的过程,因此进行疲劳损害计算比较困难,为了简化过程,本文采用Steinberg的三区间法计算车架的疲劳损害,即车架在68%情况下,受力值区间为;在95.4%的情况下,受力值区间为;99.73%的情况下,受力值区间为。因此就可以结合miner方法进行疲劳累计计算。Miner是基于受力幅度的大小是固定值的情况下,假设材料在某个固定受力幅度i的情况下材料的寿命为Pi,在随机受力情况下,材料进行了pi次受力实验(pi,1,所以摩托车车架受到疲劳损害,并且已经被破坏了结构。该方法虽然简单易行,但是只能机械判断在一定作用力下车架是否已经因为疲劳而被损坏,而不能具体算出车架的使用寿命。 2.摩托车车架疲劳寿命的有限元分析 2.1.摩托车车架有限元建模 假设某车架的材料为Q235,加入前后减震器、发动机的简化单元,共包含46476个板壳单元,46076个节点单元。车架的有限元模型如图2.1所示。 2.2.摩托车车架材料参数和路面载荷参数

摩托车托架设计

模具设计与制造专业 毕业设计 设计题目:摩托车托架 院(系)机械工程学院专业模具设计与制作班级10模具304学号201010230411 设计人陈首位 指导老师夏江梅 完成日期2013年04月28日 重庆工业职业技术学院

重庆工业职业技术学院毕业设计(论文)任务书 系部:机械工程学院 专业班级:10模具304班 学生姓名:陈首位 二O一三年四月

毕业设计(论文)任务书 1、课题简介 如图所示为摩托车托架,请分析其工艺及设计模具。 2、技术指标 大批量生产。 3、主要参考资料 1.许发樾.《实用模具设计与制造手册》.第2版.北京.机械工业出版社.2005.10 2.《中国模具设计大典》PDF文件格式.网上下载.

指导教师:教研室主任:系主任

前沿 通过对于冲压模具设计的学习,使我对于模具设计有了一个初步的了解和认识。 在此之前,我也做过几套冲压模具设计。虽然,已经做过几套设计,但是对于冲压模具设计来说,我还是一个新手。因为,我没有任何的经验,只是根据老师所讲的内容进行了一下基本的设计。我知道在企业中,我们这样的程度是完全不够的,我们所需要学习的东西还有很多。 通过之前所做的课程设计,使我对于冲压模具设计有了一个初步的认识。在设计的过程中还从在这很多的问题,都需要我去慢慢学习,去积累经验,找到最优方案和措施! 在这套设计中,我知道我一定也会遇到很多的问题。但是我相信,我会在老师和同学的帮助下,认真积极地完成这一次的设计。在这次的设计中,摩托车支架弯曲模具设计在设计的时候就需要考虑到回弹、压边力、冲裁力、压力机的型号等等一系列的问题。其中,最重要的就是回弹问题,虽然现在回弹问题还不能够完全解决,但是要尽可能的降低回弹程度,提高制件的精度,延长模具的使用寿命。 通过之前对于冲裁、弯曲、拉伸模具设计的学习,使我对于冲压模具设计有了一些简单的认识和了解!虽然,对于它的学习,周期不是很长,但是我们把最基本的东西已经学完了,剩下的就要靠自己去磨练和积累了

摩托车的构造

一、摩托车的分类 对摩托车的分类,不同国家有不同的分类方法。国际标准(ISO3833-1977)按速度和重量将摩托车分为两类:两用摩托车和摩托车。我国摩托车的分类方法,大致上有两种:一种是按排量和最高设计时速,分为轻便摩托车和摩托车。轻便摩托车发动机工作容积不超过50毫升,最高设计时速不大于50公里。摩托车指发动机工作容积大于50毫升,最高设计时速超过50公里的两轮或三轮摩托车。另一咱是按车轮的数量和位置,分为两轮车、边三轮车和正三轮车三类。 一般习惯上多按用途、结构和发动机型式和工作容积来分类。如仅将它作业城市内、短距离的代步工具,则选用时速不超过50公里,结构紧凑小巧的微型摩托车或轻便摩托车。需要经常往返城乡之间,能二人骑乘,宜选用发动机工作容积125~250毫升的普通摩托车。如行驶的道路条件较差、要求高速行驶或作一般竞赛用,则选用越野摩托车。 二、摩托车的基本组成 摩托车由发动机、传动系统、行走系统、转向、制动系统和电气仪表设备五部分组成。摩托车的总体结构及各部件名称。 (一)发动机 1、摩托车发动机的特点 (1)发动机为二冲程或四冲程汽油机。 (2)采用风冷冷却,有自然风冷与强制风冷两种。一般机型采用依靠行驶中空气吹过气缸盖、气缸套上散热片带走热量的自然风冷冷却方式。大功率摩托车发动机为了保证车速较低与未起步行驶前发动机的冷却,采用装风扇和导风罩、利用强制导入的空气吹冷散热片的强制风冷冷却方式。 (3)发动机的转速高,一般在5000转/分以上。升功率(每升发动机排量所发出的有效功率)大,一般在60千瓦/升左右。这说明摩托车发动机的强化程度高,发动机外形尺寸小。 (4)发动机曲轴箱与离合器、变速箱设计一体,结构紧凑。 2、机体 机体由气缸盖、气缸体和曲轴箱三部分组成,缸盖由铝合金铸造有散热片,新型的四冲程摩托车发动机均采用顶置气门、链条传动、顶置凸轮轴结构方式。气缸体材料以双金属(耐磨铸铁缸套外浇铸铝散热片)为多,以得到较好的散热效果。有些摩托车采用耐磨铸铁缸体,如长江750型、嘉陵JH70型,在一些小型轻便摩托车,如玉河牌YH50Q型小排量(50立方厘米)发动机采用铝合金缸体内壁镀0.15毫米硬铬层的结构。曲轴箱由铝合金压铸由左右两箱体组合而成。有些摩托车在散热征之间加有缓冲块,以抑制散热片振动发出的噪声。 3、曲柄连杆 摩托车发动机的曲轴采用组合式,由左半曲轴、右半曲轴和曲柄销压合而成。左右两半轴的主轴颈上装有滚珠轴承,用以将曲轴支承在曲轴箱上。曲轴的两端分别装有飞轮、磁电机及离合器主动齿轮。连杆为整体式结构,大头为圆环状,内装有滚针轴承与曲柄销组合成曲柄连杆组。在二冲程发动机中活塞环在安装时要注意将活塞环的开口处对准活塞环槽里的定位销,防止活塞环在环槽内转动,产生漏气,划伤缸套上的进、排气口。 4、化油器

介绍比较摩托车车架应选择什么样的材料

介绍比较摩托车车架应选择什么样的材料 对于摩托车车架来说,通常由铝、钢或者合金焊接制作而成,碳素纤维仅仅用于一些特别昂贵或者定制车架。随着摩托车技术的发展,车架材质也不断改进,结构越来越轻巧。目前,CFRP(碳素纤维增强塑料)已渐渐地成为赛车车架的主流。在不久的将来,合金也可能成为车架主要材料,不过车架材料和车架制作方法有很大关联。对于越野自行车(山地车)来说,已从钢管逐步演变到铝、钛、碳纤维(即CFRP)。摩托车虽然有实验性的钛合金和碳素纤维增强塑料车架,但到目前为止,在材料的应用上还远远落后于自行车和山地车。铝是迄今为止最好的山地车车架材料,严格地说,在悬挂出现前,钛因轻巧耐用和所具有的固有弹性(可以吸收山地长途行驶中产生的震动)而成为最好的车架材料,而钢则是仅次于钛的车架材料,其价格相对比较便宜,且具有和钛一样的固有弹性。如维护适当的话,其使用寿命会很长。随着车架悬挂的出现,钛和钢本身固有弹性所具有的优势荡然无存。悬挂所用的衬套和连接结构只能使用最小的侧力来作用,否则会引起车架的弯曲变形。如果希望悬挂效果完美,车架的刚性必须很好。也许你觉得增强车架刚性非常容易,给车架多加点材料就行了,这对铝制车架来说,多加材料是很好的方法;而对钢车架来说,增加材料会使其非常沉重;对钛车架来说,增加材料产生的效果比铝车架要差,不过比钢车架稍好。通常增强车架刚性需要很多艰辛的工作,而且车架不可能无限制地轻。对于越野车来说,其可以选用上述任一种材料,整车的所有功率需要传输到链条上,这需要车架具有很好的刚性,而且整车需要保持较轻的重量,铝便成为越野车最常用的车架材料,它很少会弯曲变形,但如果重量过轻的话,车架容易产生裂缝,这也表明多数铝车架最终会失效,而且车架重量越轻,失效得越快。铝的这种特性非常令人讨厌,当然,坚毅的越野赛车手们不会因此而感到忧虑,对他们来说,不仅希望知道到底什么样的车架材料最好,而且他们也不想长久使用同一辆旧山地车。对于整天进行猛烈行驶的驾驶者来说有许多选择,在经济条件允许且不担心维修的情况下,可以选择使用具有悬挂结构的铝车架,但即使配置一个悬挂座垫杆,当你站在脚蹬上行驶时,仍然很易被弄伤,。当然碳素纤维材料车架刚性很好且重量很轻,也可选择使用。钢则是长途赛车的最佳选择,凭其具有的固有弹性,较长的使用寿命和低廉的价格,使其在所有材料里脱颖而出。对于跨越式行驶用车架来说,强度则是一切,显然碳素纤维很难让人放心。由于重量并不是需要考虑的关键因素,因此也不必选用昂贵的钛材料。在钢和铝中,钢被更多地选用。在所有大公司成立后的3年左右时间内,其用于产品制作的材料都是钢,相比其它材料来说,钢也更易于组装到一起。对于摩托车来说,以往铝制车架从悬抱车架开始,到双管车架成为主流,并一跃成为越野车车架的主流,铝制车架首选量产的是日本的铃木RG250。一直拘泥于延续悬抱车架的铃木GSX-R75也最终演变成双管车架。铝制车架不同于具有较高强度和韧性的钢管车架,在韧性和回复性方面表现销差,但在重量和弹性上有较大的优越性,故成为高性能越野车的基本型式。铝制车的制作方法是将铝板材料压制成型,或将断面制成圆形、角状或目字形,总之都是采取以弯曲管状物的方式来制作车架。当然,像本田的SPADA250铸造车架也无可厚非,其形状也非常地单纯。但像鸟笼一样用许多小口径管构成的复杂设计已经不流行了。杜卡迪L型双缸仍持续致力于圆形切面的钢管车架,并一直保持了摩托车的高性能。杜卡迪916绝美的钢梁车架证明了铁合金在现代仍是最先进的科技,具有轻量和高韧性的优点。钢管车架中的多半是大断面脊背车架以及双悬抱车架。意大利BIMOTA(比莫塔)的DBONE轻量车架正是最佳代表作,车架本身的单体重量只有5kg,但它被撞扁的机率也随之提高了许多,即在摔车或冲击时,车架变形或弯曲的情况会比较严重,所以设计者必须具备有将伤害减到最低限度的能力。钢、铝、钛等金属车架都是将压装成形的各部分材料熔接而组成的,最新的潮流更倾向于将支撑座位、挡泥板等次要零件用螺栓来组合,将车架的主体和副体分开来。如果主车架用铝制,而副车架用钢制,两

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