摩托车车架强度的有限元分析

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节能年车架有限元强度分析　

雷浩　

（渭南高级中学，陕西渭南７１４０００）　工业技术　

要：节能车是为高校参加全国或世界节能竞技大赛，为车辆节能环保作出贡献而生的专业车辆，为提高其燃油　

经济性能　车朱的强度、质量、疲劳寿命成为了设计关键；本文通过使用建模软件Ｒｈｉｎｏ￣化模型，有限元分析　

软件ＡＮｓＹｓ完成车架结构强度分析　并基于此进行优化改进　对小型车辆的节能设计、开发具有一定的理论和实　践意义。　

关键词：节能车；车架；有限元；强度分析　

中图分类号：Ｕ４６３　文献标识码：＾　

０．引言　

随着汽车产业的发展，全球能源危机日益凸　。于此　

背景下，Ｈｏｎｄａ于广州国际赛车场举办了每年一届的Ｈｏｎｄａ　

节能竞技大赛。为达到降低油耗的目的，大赛规定参赛团　

队设计制作的节能车需规定时间、规定赛程路线下，行驶　

要求距离（于指定时间内绕赛场行驶３圈），并由所得结果　

换算出节能车每升油能够行驶的公里数。为设计、制造出　

油耗低、实用性高的节能车辆，质量轻、强度高的车架是　

优胜的关键。　

利用传统的设计方法很难综合考虑车架复杂受力及变　

形情况，且经常需要依赖长时间的设计经验和制作经验，　

而Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ（有限单元法）正好是辅助解决这一　

问题的关键。通过有限元静强度分析，可得出车架抗弯和　

抗扭特性，对比材料特性，其分析结果中的最大应力需低　

于材料许用应力极限与安全系数的比值。而车架开发具体　

流程为：二维草图设计一三维模型设计一车架网格划分一　

边界条件的施加一选择合理的求解方式一分析求解结果一　参照结果进行多次优化。依照以上设计流程，使用的软件　

工具为ＡＮＳＹＳ　ＡＰＤＬ完成车架强度分析和优化。由于车架使　

用规则截面不锈钢型材搭接焊接制造，因而可使用过ＡＮＳＹＳ　

ＡＰＤＬ软件改变车架结构设计，如减小梁横截面积和厚度，　

于关键受载位置进行结构优化（更改该位置材料属性或型　

材特性）等措施，方便地通过更改实常数和截面参数更改　车架整体属性，快速完成车架可控变量轻量化过程。　

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. . . 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.

摩托车车架的载荷分析与合理设计

摩托车车架作为摩托车的骨架，承担着承载引擎、悬挂系统以及车身负重的重要功能。在设计和制造摩托车车架时，必须充分考虑各种载荷，以确保车架的稳定性、耐久性和安全性。本文将重点探讨摩托车车架的载荷分析与合理设计。

首先，摩托车车架所承受的主要载荷包括动力载荷、重力载荷和操纵载荷。动力载荷是指由引擎产生的力，通过车架传递到地面。重力载荷是指车辆自身的重量以及乘员和物品的重量。操纵载荷是指由车辆操纵部件（如转向柄和脚蹬）施加在车架上的力。在设计车架时，必须充分考虑这些载荷的合力，以确保车架的强度和稳定性。

在进行载荷分析时，需要进行静态分析和动态分析。静态分析是指在静止状态下对车架的载荷进行分析，可以通过有限元分析等计算方法来评估应力和变形。动态分析则是对车架在不同车速、不同路况和不同操纵情况下的载荷进行分析，以确定其固有频率和振动模态。这些分析有助于优化车架的设计，减少应力集中和振动问题。

在合理设计摩托车车架时，有几个关键因素需要注意。首先，车架的主要结构材料应具备足够的强度和刚度，以抵抗各种载荷，并保持车架的稳定性。常用的车架材料包括高强度钢、铝合金和碳纤维复合材料。在选择材料时，需要平衡强度、刚度和重量等因素。

其次，车架的结构设计应合理分布载荷，避免应力集中和疲劳破坏。通常采用一些结构加强措施，如加强筋、横梁和吊挂等，来增加车架的强度和刚度。此外，应使用适当的连接件和焊接工艺，确保车架连接牢固、无松动，并能承受各种力的作用。

另外，车架的几何形状也对其载荷分析和设计起着重要作用。车架的各个部位应能够合理分担载荷，并在发动机、悬挂系统和车轮之间提供充足的空间。此外，优化车架的重心位置，使得重力载荷能够均匀分布，并有助于提高摩托车的稳定性和操控性。

最后，为了确保摩托车车架的可靠性和安全性，还需要进行严格的试验和验证。例如，通过静载试验和动态载荷试验，可以验证车架在预定载荷下的性能和寿命。此外，进行车架的弯曲和扭转试验，以评估车架的刚度和变形情况。这些试验和验证将有效衡量车架设计的合理性和可靠性。

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踏板车车架静强度分析（１）　

周明海张少丽　王春晖　（济南轻骑摩托车有限公司）　

摘要：应９１ＣＡＴＩＡ软件对踏板车车架及零部件进行建模，用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ￣／：件进行了车架静强度分　析，并对车架分析中出现的问题给予判定并提出解决办法，该分析结果可作为可靠性设计和车架结构设　计优化的参考依据，从而对设计阶段预测、解决车架可能存在的问题或缺陷提供了参考依据，以达到解　决问题的目的。　关键词：摩托车车架ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ￣件应力　有限元分析　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　Ｍｏｐｅｄ　Ｆｒａｍｅ（１）　

Ｚｈｏｕ　Ｍｉｎｇｈａｉ　Ｚｈａｎｇ　Ｓｈａｏｌｉ　Ｗａｎｇ　Ｃｈｕｎｈｕｉ（Ｊｉｎａｎ　Ｑｉｎｇｑｉ　Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ＣＡＴＩＡ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｍｏｐｅｄ　ｆｒａｍｅ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｎ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｍｏｐｅｄ　ｆｒａｍｅ　ｗｉｔｈ　Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｊｕｄｇｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｍｏｐｅｄ　ｆｒａｍｅ．ａｎｄ　ｏｆｆｅｒ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｏｆｆｅｒｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｏｆ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｓｏｌｖｅ　ｏｆ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ　ｆｌａｍｅ　ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ｆｉｎｉｔｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ