有限元分析在摩托车车架设计中的应用

Internal Combustion Engine &Parts0引言摩托车是一种操作便捷的车辆，在我国城乡经济生活及运输领域内扮演重要角色，因此探究车辆行车的安全性具有重要的意义。

在实际工程中，有限元法得到广泛应用，利用有限元对零部件及机械结构的动力学展开分析，从而优化动态特性，改进优化的结构，促使其成为现代化工程设计中的主要手段。

为提升摩托车的自身安全，本文将利用有限元分析，探究摩托车车架，并提出改进的方案。

1摩托车车架的设计要求在摩托车中车架是骨架，主要是将发动机和制动系统等各系统进行相互连接，从而构成整体。

车架不仅需承担静载荷，还需要承受动载荷和冲击荷载。

因此在设计摩托车车架时需要全方位考虑问题。

布置车架机构，应该保证和人机工程学要求相符合，从而提升乘坐的舒适性。

另外还需要保证强度适中，保证重要零件不受到任何破坏，同时还需要全方面考虑各种道路情况。

另外还需要保证刚度足够，保证车辆在工作的过程中，不会受到任何变形。

当刚度较大，便可影响舒适性，当刚度较低，便可导致操作的稳定性下降。

当车架重量较低，基于强度及刚度情况下，车架越低，则代表越好。

车架振动对操作的稳定性和振动噪声均可产生较大影响。

因此从社会要求出发，必须减轻车辆的重量。

在提升性能的过程中，保证车身重量较轻也是需要解决的根本问题。

现阶段，在运用动态化设计方法及理论是有效解决结构动力问题，因此需要深入探究摩托车动态化设计的问题。

2基于有限元分析的摩托车车架设计摩托车的发动机是振源，本次研究的为钢管型车架，发动机与车间在螺栓下连接，发动机的振动直接传输到车架。

发动机一、二阶惯性频率及车架在同步振动过程中，会发生共振。

现有的摩托车车架前几阶固定频率在发动机的作用下会发生惯性频率，共振反应的发生率较高。

通过对道路上的摩托车振动情况进行分析，以摩托车发动机的振源作为角度，对摩托车车架进行模拟频率优化设计，在车架前几阶固有频率将常用转速的惯性频率规避，实现提升摩托车动态特性将振动环节的目标。

图1 车架结构77 CAD/CAM与制造业信息化・2009年第1～2期图4 适应性P-method技术网格划分图3 非适应性H-method技术网格划分图2 车架载荷图78CAD/CAM与制造业信息化・Digital DesignD数字化设计79CAD/CAM与制造业信息化・2009年第1～2期约束。

2.车架静力学分析(1)车架模型的建立该模型中存在一些非承载件，例如外塑件安装耳等。

在本次分析的加载过程中，对于车架的强度、刚度等都几乎没有影响，但由于其结构比较复杂，在网格划分以及后求解过程中都浪费大量的计算机资源，于是需要对这些非承载件进行简化，简化好的模型如图5所示。

图5 分析模型在MECHANICAL模式下，按照如图2所示空间位置建立相应的弹簧单元和梁单元。

(2)分配材质在MECHANICAL模式下对模型进行仿真分析，需要为模型指定一系列的物理属性，例如密度、刚度等。

本次分析中车架结构的大部分由薄壁管件和薄壳板件构成，其材料为Q235A，屈服极限为235M P a，泊松比0.3，弹性模量200GPa。

编辑steel的材质属性，给车架分配材质。

对于用来模拟发动机、后平叉的B e a m单元，新建一种材质编辑其材质属性，使其弹性模量为steel的1000倍，密度为其1‰，以近似于刚性无质量单元。

(3)约束条件及加载在减震器的简化中曾提到，在车架的前后轮轴心（即前减震下端点、后平叉后端点）处建立全约束，在前立管上下端面建立约束，仅保留沿前立管轴线方向的平移自由度以模拟车架的实际工况。

通过以上的约束处理，整个车架没有刚体位移，刚度矩阵没有奇异。

做好相应的等效约束及加载等处理后，车架模型如图6所示。

图6 车架模型(4)结果分析建立新的静力分析，并运行分析，完成计算以后，可以通过结果查看器来查看计算得到的结果。

经常用到的结果查看有显示变形图、显示等效应力（Von Mises）等。

此次分析的应力强度分布云图，如图7所示。

有限元分析在摩托车车身结构研发中的应用作者：陈亚娟油飞李向林来源：《大众汽车·学术版》2018年第12期摘要有限元分析技术是当今产品研发设计中不可或缺的手段之一，在摩托车研发中静力学分析、动态特性分析、疲劳寿命分析和结构优化是应用最广泛的分析技术，该技术使主要结构创新和修改在概念设计和详细设计阶段就得以完成。

关键词有限元分析；静力学分析；动态特性分析；疲劳寿命分析；结构优化引言摩托车不仅作为一种代步工具，而且已经被作为一种休闲娱乐方式，这就对摩托车的综合性能提出了更高的要求。

为提高产品开发质量、缩短产品开发周期和降低开发成本，有限元分析技术必须贯穿整个开发过程，可以在样品、样车之前，模拟零部件甚至整车的性能和工作状态，避免传统设计方法（设计—试制—测试—改进设计—再试制）的重复过程，使产品在整个开发过程中处于可预见、可控制的状态。

车身结构是摩托车产品起承载作用的关键部件，其强度和刚度对整车的安全、操控、舒适性等都有着决定性的影响。

目前开展较多的车身结构分析包含强度、刚度等静力学分析；模态、谐响应、瞬态响应等动态特性分析；结构疲劳寿命分析；结构拓扑优化、轻量化优化等分析。

1 车身静力学分析静力学分析是有限元技术最基本的应用，也是应用最广泛、技术普及率最高的分析技术。

对摩托车产品来说，静力学分析技术应用时间最长，是车体零部件强度、刚度等基本功能要求的保障手段。

静力学分析其涉及的部件包括车架、轮毂、后叉、减震、制动器、座垫等。

下面以车架为例说明静力学分析的思路。

1.1 静强度分析静强度分析的目的是研究车身结构在台架试验工况或极限使用工况下的强度分布情况，找出结构强度薄弱的区域。

车架强度分析目前可采用两种分析方法來模拟极限工况：（1）采用动静法模拟摩托车急加速、紧急制动工况下的车架强度情况；（2）与台架强化试验相对应的极限工况模拟法。

现常用的是第二种分析方法，该方法便于用台架试验验证分析结果。

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，轮胎则可用弹簧单元模拟，弹簧单元的刚度应相等于轮胎等效刚度。

对于前后车轮轴及后摇臂架和转向车头立管等能够相互转动的结构，可以采用释放端点自由度的方法用梁单元来模拟。

基于UG的某电动三轮车车架有限元分析【摘要】本研究基于UG软件对某电动三轮车车架进行有限元分析。

文章首先介绍了研究背景和研究意义，然后详细讨论了车架结构设计、有限元分析模型建立、载荷及边界条件设置、应力分析和变形分析。

通过对车架的有限元分析，得出了应力和变形的分布情况。

结论部分总结了分析结果，提出了优化建议，并展望了未来研究方向。

本研究为提高电动三轮车的结构强度和稳定性提供了理论指导，对于优化设计和改进性能具有重要意义。

【关键词】关键词：UG、电动三轮车、车架、有限元分析、结构设计、载荷、边界条件、应力分析、变形分析、优化建议、研究背景、研究意义、分析结果、展望未来。

1. 引言1.1 研究背景目前，关于电动三轮车车架的有限元分析研究还比较有限，大部分研究都是基于传统的车架设计理念，缺乏针对电动三轮车特殊结构和载荷的分析。

本研究旨在基于UG软件对某电动三轮车车架进行有限元分析，探讨其在不同载荷条件下的应力分布和变形情况，为其优化设计提供可靠的理论依据。

通过对电动三轮车车架的有限元分析，可以深入了解其受力情况，找出潜在的弱点和改进空间，提高车辆的安全性和稳定性。

也可以为今后电动三轮车车架的设计和研究提供一定的参考和借鉴。

这一研究具有重要的理论和实践意义。

1.2 研究意义电动三轮车作为新型交通工具，其车架结构设计对车辆性能和安全性有着至关重要的影响。

通过有限元分析方法对电动三轮车车架进行研究，可以为车辆设计和制造提供重要的参考和指导。

具体来说，有限元分析可以帮助分析车架在不同载荷下的受力情况，预测车架在运行中可能发生的应力和变形情况，进而优化车架结构，提高车辆的安全性和稳定性。

通过有限元分析还可以对电动三轮车车架在不同条件下的性能进行比较，找出潜在的问题并及时加以解决。

这对于提升电动三轮车整体性能、降低生产成本具有重要意义。

对电动三轮车车架进行有限元分析研究具有重要的理论和现实意义，对推动电动车行业的发展和进步具有积极作用。

图3 轮轨横向力与曲线半径关系曲线1-迫导向方案;2-自导向方案;3-柔性方案;4-对比车。

km 的运营后,用踏面样板和塞尺检测,迫导向方案的轮缘没有磨耗,踏面中部的磨耗量最大约为011mm/万km 。

而进入厂修的209HS 转向架的磨耗量约为0116mm/万km 。

可见迫导向转向架不仅有利于减小轮轨作用力,更可以减少轮轨蠕滑,延长轮轨寿命。

9 结论与建议我国首辆摆式客车径向转向架的研制、试验台试验和线路试验,使我们对其结构特点、工艺特点和性能特点有了更进一步的认识:(1)从试验台对比试验看,在相同的轴箱定位刚度的条件下,迫导向方案的蛇行稳定性速度显著高于自导向方案;自导向方案的蛇行稳定性速度略高于柔性方案。

(2)迫导向径向转向架兼有良好的小曲线导向性和高速稳定性,可满足200km/h 的运行要求,具备200km/h 以上的速度潜力。

而自导向和柔性转向架在小曲线上明显导向不足,难以解决导向性与高速稳定性的矛盾。

(3)从第二次线路试验检测结果看,在半径小于R 600m 的小曲线上3种方案径向转向架的轮轨横向力小于对比车转向架,其中迫导向径向转向架最小,自导向径向转向架和柔性转向架相当。

(4)迫导向径向转向架和自导向径向转向架结构复杂、零部件多,而柔性转向架结构简单,制作成本低、易维护。

(5)转向架径向作用可有效减小轮轨磨耗,有利于降低车辆在曲线上的轮轨横向动作用力,但合理的一系参数匹配对减小轮轨横向动作用力至关重要。

(6)合理的参数匹配能够减小柔性转向架在小曲线上的轮轨横向动作用力,保证车辆高速通过曲线的安全性,但导向不足会加大轮轨磨耗。

(7)国内的制造工艺水平可以满足摆式列车径向转向架的制造要求。

根据我国首列内燃摆式客车径向转向架的开发与优化试验情况,建议在有一定数量R 600m 以下小曲线线路上运营的摆式列车采用迫导向径向转向架;而在曲线半径大于R 600m 的线路上运营的摆式列车可采用柔性转向架,柔性转向架可满足R 600m 曲线的导向要求和200km/h 的高速稳定性要求。

基于有限元的电动摩托车车架设计与优化随着电动车辆的快速发展，电动摩托车成为人们出行的一种新选择。

在电动摩托车的设计与制造过程中，车架设计是重要的一部分。

有限元分析方法被广泛应用于车架设计与优化中。

本文将介绍基于有限元的电动摩托车车架设计与优化的方法和过程。

首先，车架设计需要考虑电动摩托车的结构强度和刚度。

通过有限元分析可以确定车架的受力情况，并为优化提供依据。

在有限元分析中，将车架模型化为有限数量的单元，计算每个单元的受力，并通过单元之间的连续性边界条件来计算整个车架的受力分布。

通过这种方法可以评估车架在不同受力情况下的强度和刚度。

其次，车架优化需要考虑多种因素，包括结构强度、刚度、重量和制造成本等。

通过有限元分析可以评估不同设计参数对车架性能的影响，从而优化车架的设计。

例如，可以通过增加材料的厚度或改变材料的类型来提高车架的强度和刚度。

另外，还可以通过优化结构形式或减少冗余部分来降低车架的重量。

通过优化车架的设计，可以提高车辆的整体性能和驾驶体验。

最后，车架设计与优化还需要考虑制造的可行性和成本。

有限元分析可以评估不同设计参数对制造成本的影响，并提供优化建议。

例如，通过减少零件数量或优化材料使用可以降低制造成本。

总结起来，基于有限元的电动摩托车车架设计与优化是一个综合性的工程过程。

通过有限元分析可以评估车架的结构强度和刚度，并提供优化建议。

通过优化车架的设计可以提高车辆的整体性能和驾驶体验。

最后，还需要考虑车架设计的制造可行性和成本。

这些步骤的完整执行将有助于设计出高性能、高可靠性且经济实惠的电动摩托车车架。