两轮摩托车车架强度分析流程
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基于CATIA和ANSYS的可伸缩车车架强度仿真分析
邵文洋;张袁元;郭世杰;钱承豪;李堂松;唐憬阳;黄家祁;高睿
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】根据传统经验设计方法,设计一款具备底盘伸缩功能、适用于城市短距离行驶电动汽车的非承载式车架。
为使设计的小型可伸缩车车架达到安全需求,参照车架正常工作环境,对其结构进行了强度和刚度有限元分析。
在CATIA软件中对该小型可伸缩车车架进行三维模型的建立,导入ANSYS软件中进行三维模型的修正和网格划分;对车架运用有限元分析方法进行刚度和强度等静力学性能分析以及模态分析。
选取弯曲和扭转工况,对车架有限元模型添加相应的载荷和约束,选取适当的载荷系数,分析车架变形分布和应力分布。
对所设计的小型可伸缩车架进行模态分析,提取其前6阶固有频率及模态分析。
结果表明:所设计的小型可伸缩车车架在伸长和收缩状态都能满足安全需求,符合设计要求。
【总页数】6页(P187-192)
【作者】邵文洋;张袁元;郭世杰;钱承豪;李堂松;唐憬阳;黄家祁;高睿
【作者单位】南京工程学院汽车与轨道交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于CATIA与ANSYS的节能车车架模态分析
2.基于ANSYS的应急监测拖车副车架强度分析及优化
3.基于ANSYS的某型钢轨打磨车车架强度分析
4.基于ANSYS软件的农用车车架静强度有限元分析
5.基于CATIA和ANSYS的电动摩托车车架强度仿真分析
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车架结构对摩托车操控性能的影响分析摩托车作为一种重要的交通工具,其操控性能直接关系到驾驶者的安全和驾驶体验。
而车架结构作为摩托车的基础组件之一,对摩托车的操控性能具有重要影响。
本文将从摩托车的操控性能需求出发,分析车架结构对摩托车操控性能的影响。
首先,我们先来了解一下摩托车的操控性能需求。
摩托车的操控性能包括转向稳定性、刹车性能、直线稳定性等方面。
转向稳定性是指摩托车在转弯过程中的稳定性,涉及到摩托车的转向能力和稳定性。
刹车性能是指摩托车在紧急制动时的稳定性和效果,对驾驶者的安全至关重要。
直线稳定性是指摩托车在直线行驶时的稳定性和操控性,包括对各种路面状况的适应能力等。
了解了这些操控性能的需求后,我们来看看车架结构是如何影响这些操控性能的。
首先,车架结构对转向稳定性有着重要的影响。
一个稳定的转向稳定性能够提供良好的操控性能,驾驶者可以更加准确地控制摩托车行驶的方向。
车架结构的刚性对转向稳定性有着重要影响。
刚性较高的车架结构能够提供更好的稳定性,使摩托车在转弯时不易倾倒,同时能够准确传递驾驶者的操作力量,提供更好的操控性能。
其次,车架结构对刹车性能也有一定的影响。
刹车时,摩托车的重心会向前移动,而车架结构的刚性和稳定性能够帮助摩托车保持稳定的行驶状态。
此外,车架结构还会影响刹车时摩托车的分配给前轮和后轮的刹车力量。
合理的车架结构可以使前后轮的刹车力量分配更加均衡,提供更好的刹车性能。
最后,车架结构对直线稳定性也有重要的影响。
直线稳定性是摩托车行驶过程中的一个重要指标,直接影响到驾驶者的安全感和操控性。
车架结构的重点在于提供稳定性,较高的刚性和适当的减震系统可以使摩托车在直线行驶时更加稳定,降低出现异动的可能性。
了解了车架结构对摩托车操控性能的影响后,我们可以看到,车架结构作为摩托车的重要组成部分,在提供稳定性和操控性能方面发挥着重要作用。
为了提高摩托车的操控性能,设计者需要在车架结构上做出相应的优化。
汽车车架的静态强度分析汽车车架是整个车辆结构的骨架,负责承担各种静态和动态负载,并保证车辆的稳定性和安全性。
因此,对汽车车架的静态强度进行分析和测试非常重要。
本文将从静态强度分析的目的、方法和应用等方面进行探讨。
静态强度分析主要是通过数学模型和计算方法,分析车架在静态负载下的应力、应变分布和变形情况,从而评估车架的强度和刚度。
该分析能够提供一定的设计指导和性能评价,可以帮助工程师合理设计车架的结构和材料,确保其能够承受正常使用条件下的负载,并提高车辆的安全性和性能。
静态强度分析的方法主要包括解析方法和数值模拟方法。
解析方法是通过基于力学原理的方程和公式,利用数学和物理的方法,对车架进行受力分析和计算。
这种方法适用于简单的结构和荷载条件,具有计算速度快的优点,但对于复杂结构或非线性问题的分析能力有限。
常用的解析方法包括静力学和弹性力学的分析方法,如静力学平衡方程、应力-应变关系的理论等。
数值模拟方法是利用计算机和软件工具,通过建立虚拟模型和数学模型,对车架进行模拟和计算。
这种方法适用于复杂结构和非线性问题的分析,可以更准确地预测车架的强度和刚度。
常用的数值模拟方法包括有限元分析方法和多体动力学分析方法。
有限元分析方法将车架分割成有限个小单元,通过数学计算得到每个单元的应力和变形,最终得到整个车架的应力和变形分布。
多体动力学分析方法则是利用动力学方程和运动学方程,对车架在静态负载下的运动和变形进行模拟和计算。
静态强度分析在汽车工程中具有广泛的应用。
首先,它可以用于评估车架的设计方案和材料选择。
通过对不同设计方案进行静态强度分析,可以找到最优的设计方案,并选择适当的材料,以提高车架的抗弯、抗压和抗扭强度。
其次,静态强度分析也可以用于验证车架的安全性能。
通过模拟车架在极端负载情况下的应力、应变和变形,可以评估车架的安全性能,并指导相关安全措施的设计。
此外,静态强度分析还可以应用于车架的优化设计和性能改进,以满足不同使用条件和需求。
摩托上坡前轮受力分析
由于摩托车前轮轮辋与轮胎有装配关系,其形状和尺寸有相关标准明确规定;而轮毂上的安装盘和螺栓孔与限制了它们形状的变化,因车轴等也有着装配关系,此轮辐是车轮结构形状变化的主要部位。
并且在实际使用中辐板发生断裂破坏成为车轮的最薄弱部位,必须加以改进。
为了得到满足使用要求的冲击强度,在软件中对原来的辐板结构进行改进设计,主要从增加辐板的数量和改进辐板的形状方面优化,同时要兼顾到车轮轻量化,以节省材料。
因此在确定约束方式时,将车轮与地面的接触点作为约束位置对其六个自由度都加以约束,将冲击载荷施加于车轮中轴位置,对于冲击载荷大小的确定,根据加载方式换算而成,取轮胎充气压力对冲击载荷下的应力影响非常小。
第1篇一、引言随着我国经济的快速发展,摩托车作为一种便捷的交通工具,已经深入到人们的日常生活中。
然而,两轮摩托车在给人们带来便利的同时,也存在着一定的安全隐患。
为了确保广大骑手的安全,本文将对两轮摩托车的安全隐患进行排查,并提出相应的预防措施。
二、两轮摩托车安全隐患排查1. 车辆外观检查(1)轮胎:检查轮胎的磨损情况,轮胎花纹深度是否符合国家标准,是否存在鼓包、裂痕等异常情况。
若轮胎磨损严重或存在异常,应及时更换。
(2)刹车系统:检查刹车片磨损情况,刹车油是否充足,刹车线是否老化。
若刹车片磨损严重、刹车油不足或刹车线老化,应及时更换或维修。
(3)灯光系统:检查前后灯光是否正常,灯泡是否损坏。
若灯光不亮或灯泡损坏,应及时更换。
(4)车身:检查车身是否有破损、锈蚀等情况,尤其是焊接部位。
若车身存在破损或锈蚀,应及时修复。
2. 电路系统检查(1)电池:检查电池的电量,电池是否有破损、漏液等情况。
若电池电量不足或存在破损、漏液,应及时更换。
(2)电线:检查电线是否老化、破损,接头是否牢固。
若电线老化、破损或接头不牢固,应及时更换或修复。
(3)开关:检查开关是否正常,是否存在接触不良的情况。
若开关存在问题,应及时更换。
3. 发动机系统检查(1)机油:检查机油是否充足,机油颜色是否正常。
若机油不足或颜色异常,应及时更换。
(2)空气滤清器:检查空气滤清器是否堵塞,若堵塞,应及时清理或更换。
(3)火花塞:检查火花塞是否积碳,若积碳严重,应及时更换。
4. 转向系统检查(1)转向把:检查转向把是否松动,是否存在偏摆现象。
若转向把松动或偏摆,应及时调整。
(2)转向柱:检查转向柱是否磨损、松动,是否存在偏摆现象。
若转向柱磨损、松动或偏摆,应及时更换或修复。
5. 底盘系统检查(1)悬挂系统:检查悬挂系统是否松动,是否存在漏油、磨损等情况。
若悬挂系统存在问题,应及时更换或修复。
(2)传动系统:检查链条、齿轮是否磨损、松动,是否存在异常声响。
汽车车架的静态强度分析汽车车架静态强度分析的目的是确定车架在不同负载下的应力和变形情况,从而判断车架是否能够承受正常工作条件下所受到的力和压力,并且保持结构的稳定性。
这需要进行力学计算和数值模拟,通过建立数学模型和采用适当的分析方法,来模拟和预测车架在不同工况下的受力情况。
在汽车车架的静态强度分析中,一般需要考虑以下几个方面:1.车架材料的选取:合理选择车架材料对保证车架的强度和轻量化具有重要影响。
常用的车架材料包括高强度钢、铝合金和碳纤维等。
根据车架的设计要求和使用环境的特点,选择合适的材料进行分析和计算。
2.车架的边界条件:在进行车架强度分析时,需要确定车架的边界条件,包括支撑结构、连接方式和外部负载等。
这些边界条件将直接影响到车架的受力情况和变形情况。
3.车架的结构设计:车架的结构设计是保证车架强度和刚度的关键。
合理的结构设计可以减小车架的重量,提高其强度和刚度。
在设计过程中需要考虑各个部件的布局、横截面形状和连接方式等因素,以满足设计要求。
4.车架的强度计算和模拟分析:在进行车架强度计算时,需要采用适当的力学理论和分析方法,例如有限元分析等。
通过对车架进行力学计算和数值模拟,可以得到车架的应力和变形情况,从而评估车架的强度和稳定性。
在进行汽车车架的静态强度分析时,还需要考虑不同工况下的负载情况。
例如,正常行驶时车辆的自重负载、车辆悬挂系统的负载和车轮悬挂加载等。
通过综合考虑这些因素,可以得到车架在不同工况下的强度和稳定性,并对设计进行优化。
总之,汽车车架的静态强度分析是保证车辆运行安全的重要环节。
通过对车架材料、边界条件、结构设计和负载情况等方面的分析和计算,可以评估车架的强度、刚度和稳定性,并为车架的优化设计提供指导。
摩托车车架的ANSYS分析报告
作者:重庆大学机械学院
某国营大中型企业生产摩托车已有多年的历史,其年产量达25万辆以上。
该摩托车的最大承载能力设计为180kg(3人)。
根据厂家反映情况,在该车销往农村市场后,大约千分之一的摩托车在使用中出现了车架断裂的现象,希望对该车架作一些分析研究,探讨车架断裂的真正原因。
采用ANSYS软件对该摩托车车架作静态有限元分析,并将车架后半部分视为研究的重点,划分单元时应细化。
再结合ANSYS软件、有限元方法及我们分析时所用计算机(HPC200)的特点,我们建立了如图1所示的摩托车车架有限元模型。
在建立有限元模型时,综合应用了ANSYS结构静力学分析中关于SHELL单元、BEAM单元、PIPE单元、COMB则E 单元、MASS单元以及建立约束方程(constrain equation)的知识,以及建立空间不规则曲面的知识。
采用了SHELL单元、BEAM单元、PIPE单元、COMBINE单元、MAss单元,材料为普通碳素钢(A2钢),对模型进行结构静力分析。
根据计算结果得出:在静载荷作用下,车架管件距后端1/4处是应力最大的区域,此区域的应力值均超过130MN/M2;其次,管件与筋板相连的地方应力较大,同时筋板与管件的焊接区有多处出现应力集中,这些都是易出现破坏的地方。
结合材料的屈服极限(186—216MN/M2)可知,若该摩托车销往城市,则由于路况较好,可取安全系数ns=1.2—1.5,则车架的实际应力值小于其许用应力,不易出现车架断裂事故;但若销往农村市场,由于乡村路况较差,此时取安全系数ns=1.5—2.5,则车架应力强度分布云图中红色区域的实际应力值大于其许用应力,因而容易出现车架断裂事故。
(end)。
摩托车车架1. 背景介绍摩托车是一种以两轮为主要支撑的交通工具,其车架作为摩托车结构的核心部分,起着连接和支撑其他零部件的重要作用。
摩托车车架的设计和制造对于摩托车的性能、操控性以及安全性都起着至关重要的影响。
2. 摩托车车架的类型在摩托车领域,常见的车架类型包括下列几种:2.1 单环车架单环车架是最早出现的一种车架类型,也是最简单的结构形式。
它由一根管子组成,整个车身中只有这根管子与地面接触。
这种车架制造成本低廉,重量轻,但缺乏足够的刚性和稳定性,因此只适用于小型低速摩托车。
2.2 双环车架双环车架是现代摩托车常见的一种车架形式,它由两个相互平行的环形结构组成。
这种结构可以提供较好的刚性和稳定性,同时兼顾车身的轻量化。
双环车架广泛应用于各类中高档摩托车中。
2.3 框架车架框架车架是一种结构更为复杂的车架类型,它采用了多个连接点将各个零部件有机地结合在一起。
这种车架具有卓越的刚性和稳定性,能够应对高速行驶和复杂路况的挑战。
框架车架通常用于高性能、大排量的摩托车中。
2.4 骨架车架骨架车架是一种采用空心管材制成的车架类型,其设计灵感源自自行车的车架结构。
骨架车架具有良好的刚性和轻量化特性,适合于小型迷你摩托车以及电动摩托车。
3. 车架材料的选择选取适当的材料是摩托车车架设计的关键要素之一,下面介绍几种常用的车架材料:3.1 铝合金铝合金因其良好的加工性能、较高的强度和轻质化特性成为了摩托车车架的首选材料之一。
它可以提供足够的刚性同时降低整车的重量。
3.2 钢材钢材是传统的摩托车车架材料,具有较高的强度和刚性,能够承受较大的力量。
但相较于铝合金,钢材更重,制约了整车的轻量化设计。
3.3 碳纤维复合材料碳纤维复合材料是近年来新兴的车架材料,它具有超强的强度和轻质化特性。
碳纤维车架不仅能有效减少整车重量,还能提升车身刚性和操控性能。
然而,由于成本较高,目前在高端摩托车中比较常见。
4. 车架制造工艺摩托车车架的制造工艺也对车架的性能和质量有着重要影响。
两轮摩托车振动耐久试验方法摩托车振动耐久试验是对摩托车在长时间运行过程中,承受振动的能力进行评估和验证的方法。
以下是一个可能的两轮摩托车振动耐久试验方法的详细说明。
1.试验设备准备-两轮摩托车:选择一辆符合国家标准和相关安全要求的摩托车作为试验样品。
-温度和湿度控制设备:在试验过程中,需要对环境条件进行控制,确保在规定的温度和湿度范围内进行试验。
-加速度计或振动传感器:用于测量摩托车在振动过程中的加速度。
-数据采集系统:用于记录和分析加速度计或振动传感器捕捉到的数据。
2.试验样品准备-检查摩托车是否符合国家标准和安全要求,特别是对于振动要求的相关标准。
-确保摩托车的重要组件和零件处于良好状态,没有磨损、松动或潜在的故障。
-安装加速度计或振动传感器在摩托车的关键部位,如车架、发动机支架、悬挂系统等。
3.振动试验方案-根据国家标准和相关安全要求,制定振动试验方案,包括振动频率、振幅、持续时间等参数。
-试验方案应该考虑到不同工况下摩托车的振动特性,如低速行驶、高速行驶、急刹车等。
4.开始试验-根据试验方案设置振动装置的参数,如振动频率、振幅等。
-启动振动装置,让摩托车在规定的振动条件下运行。
-同时记录加速度计或振动传感器捕捉到的数据。
-持续试验一定时间后,停止振动装置,记录试验期间观察到的任何故障、异常或损坏。
5.数据分析-通过数据采集系统分析加速度计或振动传感器捕捉到的数据,包括振动幅度、频率等。
-对试验结束时摩托车的各个部位进行检查,特别关注可能受到振动影响的部件。
-根据分析结果评估摩托车在试验过程中的耐久性能,如振动是否导致零部件松动、磨损或损坏。
6.结果评估与报告编写-根据试验结果评估摩托车的振动耐久性能,判断是否符合国家标准和相关要求。
-编写试验报告,详细描述试验过程、参数、观察结果和数据分析,并提出相应的结论和建议。
总结:两轮摩托车振动耐久试验方法的具体步骤包括试验设备准备、试验样品准备、振动试验方案设计、试验过程、数据分析以及结果评估与报告编写。
摩托车和轻便摩托车尺寸和质量参数的测定方法一、尺寸参数的测定方法:1.车长测量:以车身前端最前部到车身后端最后部分(不包括相关装置)的距离为车长。
在水平地面上,使用软尺等精确测量工具进行测量。
2.轮距测量:将车辆的前轮和后轮之间的距离称为轮距。
在水平地面上,使用测量工具,如软尺等测量前轮和后轮之间的距离。
3.车宽测量:在车辆水平状态下,从车身的左侧到右侧的距离称为车宽。
使用软尺等精确测量工具进行测量。
4.车高测量:车高是指车辆离地面的垂直距离。
使用测量工具,如软尺等,从车辆的最高点(例如行李架、座椅等)到车辆底部测量车高。
二、质量参数的测定方法:1.车辆整备质量测量:车辆整备质量是指车辆在装满燃油和润滑剂,但没有任何乘客或货物时的质量。
使用汽车秤等专业的测量设备,将车辆放置在平地上,将车辆整体称重来得到整备质量。
2.承载能力测量:承载能力是指车辆能够携带的最大乘客或货物质量。
在车辆整备质量已知的情况下,使用汽车秤等专业的测量设备,将带有乘客或货物的车辆放置在平地上,再次称重,从而得到带有乘客或货物的总质量。
3.车身重心测量:车身重心的位置会影响车辆的操控性和稳定性。
使用天平或悬挂测力传感器等测量设备,将车辆悬挂在从天花板悬挂的装置上,记录不同位置的重心高度,通过平均计算获得车身重心位置的数值。
除了上述的尺寸和质量参数,还有一些其他参数也对摩托车和轻便摩托车的性能和安全性有影响,例如轴距、座高、车辆稳定性等。
这些参数可以通过类似的测量方法获得。
测量方法的准确性和可重复性对于得到准确的尺寸和质量参数非常重要。
因此,进行测量时应使用专业测量工具和设备,并尽可能满足相关国家和地区的法规标准要求。
在测量过程中,还应注意车辆的稳定性,确保车辆处于平衡状态,以消除测量误差。
总之,摩托车和轻便摩托车的尺寸和质量参数是评估车辆性能和安全性的重要指标。
通过合适的测量方法和设备,可以获得准确的参数数值,为车辆的设计和性能分析提供参考。
某踏板车车架有限元分析孙国涛;何会明;王吉;何攀科;何强福【摘要】车架承受整车如发动机、传动装置等总成传给的各种力和力矩.为确保车架具有足够的刚度和强度,通过建立有限元模型,对车架进行模态分析,从而提前预测各种路况下车架受力情况,优化结构设计,减少车架问题发生.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2014(052)008【总页数】4页(P62-65)【关键词】踏板车;车架;刚度;强度;模态分析【作者】孙国涛;何会明;王吉;何攀科;何强福【作者单位】317500 浙江省温岭市浙江钱江摩托股份有限公司;317500 浙江省温岭市浙江钱江摩托股份有限公司;317500 浙江省温岭市浙江钱江摩托股份有限公司;317500 浙江省温岭市浙江钱江摩托股份有限公司;317500 浙江省温岭市浙江钱江摩托股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】U4830 引言车架作为摩托车的骨架,将整车的各种装置有机地连在一起,使各种装置之间具有一定的相对位置关系,确保整车正常运行。
在设计车架时,要保证车架具有足够的强度、合适的刚度,及结构布置符合人机工程学等。
通过有限元法可以在设计车架时确定车架的弯曲和扭转模态,并用来预估车架强度、刚度、振动等性能,为摩托车车架尺寸调整和材料选用提供总的刚度和动力分析。
有限元法实际上是把复杂的实际弹性体划分为有限大小的有限个单元格的组合体来进行分析。
有限元分析通过建立车架理想模型、进行单元分析和坐标转换,最后进行车架整体分析,得到分析结果,从而调整车架刚度和强度,完善结构设计[1]。
本文以某款踏板车型为基础,通过有限元分析确保车架强度和刚度,达到优化车架结构设计。
1 自由模态分析1.1 问题分析自由模态分析主要是考虑车架结构对激振的响应[2]。
摩托车的激励主要有路面激励和发动机激励,路面激励主要为低频激励,发动机激励主要是1、2二阶频率,发动机的转速一般不超过8 000 r/min,因此分析自由模态频率时只分析250 Hz以下的模态频率。
本科生课程设计题目:摩托车车架结构动力学分析院系机械科学与工程学院专业班级机械1108班姓名胡签学号U201110817指导教师王书亭2015 年3 月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,用大量试算和试验的方法去弥补与实际为弹性系统的差异,不仅费时耗资大,还难免发生结构疲劳破坏等可靠性问题。
不研究结构的动态特性,而简化为静刚度来处理,就不能有效地控制结构的振动和噪声。
为了提高摩托车行驶的安全可靠性及驾乘人员的舒适性,减少环境噪声污染,对摩托车结构进行动态特性分析就显得十分重要。
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Fz、
副座乘员乘座部位垂直向下加载Fs。
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
F
0
的工况;车架后轮受路面垂直冲击力Fz的工况;后乘座受垂直向下载荷Fs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
经过上台阶时车架收到的冲击;如图
6
图6水平工况下的边界条件
b
)竖直工况:通过在后轮轴心处施加竖直向上的载荷,模拟摩托车下台阶时车
架收到的冲击;如图
7
图7竖直工况下的边界条件
c
)重载工况:通过在坐垫位置施加竖直向下的载荷,模拟摩托车行驶过程中乘
员和货物对车架的冲击;如图
8
图8重载工况下的边界条件
3.3
结果分析
根据车架的应力分布云图(例如图9),考察车架上应力集中明显位置的应
力情况提取应力值,分析其可能产生的原因,提取该位置应力值并与该部分所用
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,
并汇总成表格(例如表2)。
然后针对强度不满足要求的结构提出改进建议,并与设计人员协商沟通,确
定合理的改进建议。将改完的模型再导入进行验算,直至车架整体安全系数达到
指标要求,即安全系数大于1.5。
表2各工况下车架的安全系数
工况最大应力/MPa位置屈服强度/MPa安全系数指标结论
水平工况163车头管2451.5≥1.5不合格
132吊挂板1751.33≥
1.5
竖直工况417吊挂板175可能断裂≥1.5不合格
255主弯管215屈服≥1.5
重载工况169吊挂板1751.04≥1.5不合格
注:对于焊点位置的局部应力过大,可能由于网格焊接造成的不正常应力,可修改焊接方式
或隐藏该部位的局部网格以消除不合理应力。
图9踏板车应力分布云图
编制:何强福