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《吉林大学》 2004年
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摩托车车架的有限元分析

刘雪峰  
【摘要】:我国的摩托车工业起步较晚,基本上是在八十年代初期,从国外引进六,七十年代的技术及设备开始生产的。由于技术积累少,目前大多数摩托车企业仍处于测绘设计阶段。个别企业即使自主开发,但由于缺乏必要的条件和方法,在开发阶段,只能对一些较小的零部件进行试验、计算。这就直接导致整个摩托车工业新产品开发周期长,开发成本高,而且有许多问题往往在批量生产时才发现。 车架是摩托车的主要部件,由多种管材及板材焊接而成,是复杂的空间三维结构.车架作为摩托车的骨架,将发动机、传动系统、悬挂装置、转向装置、车轮等有机连接,构成一个整体。车架不仅要承载驾驶员、发动机及其它部件,在行驶中还会受到各种冲击与振动。因此,车架的静、动强度和刚度设计是车架设计中的重要环节。 本文首先综述了摩托车的发展历史及国内外现状,指出了中国是当今摩托车第一生产大国,但我国和国外在摩托车开发上的水平存在着差距。在开发能力和制造技术上急起直追应是当务之急。随着计算机的发展,设计出性能优良,安全可靠的摩托车,已经离不开计算机辅助设计技术。有限元法是适应使用计算机而发展起来的一种数值计算方法。利用有限元方法计算得到的结构位移场、应力场可作为结构设计的原始判定依据或作为结构改进设计的基础。在第二章中,本文具体论述了有限单元法的具体思想。有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。由于单元能按不同的连接方式进行组合,且单元本身又可以有不同形状,因此可以模型化几何形状复杂的求解域。之后重点对摩托车设计中常用到的梁单元进行了详细的介绍,指出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,以单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。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。 第三章我们运用有限元方法,利用I-deas 有限元分析软件,建立车架的有限元模型,同时通过相应的试验与所建的有限元模型所得的结果作对比,对长春长铃集团天和摩托车有限公司生产的CM125-17摩托车车架的强度及应 WP=48 力分布进行了分析。结果显示应力最大点出现在后弯梁加强板上端部。此处应力偏大,安全系数小,为进一步提高车架的承载能力,提高整车的性能,须对车架进行适当改进,以降低其最大应力。因此,在第四章中对CM125-17摩托车车架的后弯梁加强板作了相应的优化,提高了这一款摩托车的承载能力。有限元分析中主要有以下结论。 (1)对第四章计算摩托车模型几何形状的介绍,我们建立模型时,应整体考虑选择适应的模型和建模方法,尽量符合工程原型且要便于计算分析,因此,在建立车架有限元模型时,为了尽可能地如实反映车架的主要力学特征,同时缩小解题规模,对结构模型进行了一些必要的简化,省去了一些非承载部件,把大模型化为小模型,减少工作量和计算时间。 (2)采用梁单元与板壳单元离散车架、加载方式以集中力的形式、静力求解有限元分析模型能克服其它单一单元模型的弊病,同时用静载试验来验证模型,使车架分析系统的可信度和可操作性加强。 (3)通过对CM125-17摩托车原车架的分析,试验与计算结果二者一致。通过静力求解显示结果,应力最大点出现在后弯梁加强板上端部。在交变应力作用下,在最大应力点易产生疲劳破坏。 (4)通过优化设计分析,对CM125-17摩托车车架后弯梁加强板局部作了修改。在不改变安全系数的前提下,找到了比较满意的改进方案,提高了本款摩托车的承载能力。 本文的试验结果和理论分析,为今后该类摩托车车架的设计提供了有价值的依据。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U483

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