电动自行车车架有限元建模及结构优化

论文摘要

电动自行车整车及部件的结构动态设计理论的研究与性能的评价是电动自行车行业亟需解决的重要问题,本文采用CAE技术对“轻舟摇梦”款电动自行车车架结构的静动态特性作了详尽分析,并对车架结构强度进行了优化设计。全文工作和取得的成果如下:1.利用ANSYS软件对车架建立有限元模型,建模时根据车架的边界条件和结构特点,采用壳、管和弹簧单元对车架结构离散化,通过耦合方式对车架各部件进行装配组合。2.基于有限元模型对车架结构进行静动态分析,通过静强度分析,得到车架结构应力分布情况,找出了车架结构薄弱环节;通过模态分析和谐响应分析给出车架结构关键模态参数以及车架在共振频率下的应力峰值和位移峰值,为车架结构改进以及动态设计提供了依据。3.采用德国HEAD acoustics公司的SQlabII数据采集系统和ME′scope模态分析软件,对车架结构进行模态试验,按“频率相近、振型相似”的原则,将试验结果与有限元仿真结果相对比,两者具有较好的一致性,从而验证了所建有限元模型的准确性。4.针对车架结构强度问题对车架结构进行了优化,通过优化,车架质量减轻了14.3%,车架最大应力由原来的98.8MPa减小到82.7MPa,并且车架应力分布比较均匀。本文的研究工作为电动自行车车架结构改进以及整车结构的动态优化设计奠定了基础,同时也为电动自行车相关研究提供了借鉴方法和实践经验。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外车架结构静动态特性分析现状
• 1.2.2 国内外车架结构优化设计研究现状
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 电动自行车车架有限元建模及强度分析
• 2.1 有限元法的基本思想
• 2.2 车架结构有限元模型
• 2.2.1 研究对象结构特点与存在问题
• 2.2.2 车架实体模型
• 2.2.3 基本单元的选择
• 2.2.4 网格划分与单元连接
• 2.3 车架结构的强度分析
• 2.3.1 静力学分析的理论基础
• 2.3.2 建立车架静力学分析模型
• 2.3.3 车架结构静强度计算
• 2.4 小结
• 第三章 车架结构模态分析与实验验证
• 3.1 车架结构模态分析的一般过程
• 3.2 车架有限元模态计算
• 3.2.1 边界条件的确定
• 3.2.2 计算频率范围的选择
• 3.2.3 车架有限元模态分析结果
• 3.3 车架试验模态分析
• 3.3.1 试验模态分析原理
• 3.3.2 测试方法与试验过程
• 3.4 试验模态与理论模态结果对比分析
• 3.5 小结
• 第四章 电动自行车车架动力学分析
• 4.1 动力学响应理论基础
• 4.2 路面激励和结构阻尼对车架动力学响应的影响
• 4.2.1 路面激励对车架结构动力学响应的影响
• 4.2.2 结构阻尼对车架结构动力学响应的影响
• 4.3 车架谐响应分析
• 4.3.1 谐响应分析概述
• 4.3.2 车架谐响应分析
• 4.4 小结
• 第五章 电动自行车车架结构强度优化
• 5.1 结构优化设计概述
• 5.2 ANSYS 车架结构优化设计过程
• 5.3 优化结果与参数修正
• 5.4 车架结构强度优化结果分析
• 5.4.1 优化后车架强度分析
• 5.4.2 优化后车架模态分析
• 5.5 小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢