摩托车车架系统强度分析及结构优化

论文摘要

摩托车车架是摩托车的骨架,其受力情况复杂,不仅要求有足够的强度/刚度,还要求其轻量化,以提高其动力性能。因此,开展摩托车车架系统强度分析及结构优化的研究,不仅能够有效的指导新产品的设计开发,缩短产品开发周期,而且对提高摩托车企业的市场竞争力等有重要的实际意义。论文论述了目前国内外摩托车车架的研究现状,针对某摩托车企业车架设计中存在的问题及企业现有条件,在总结了有限元分析基本理论基础上,采用有限元分析和试验相结合的方法,对车架进行强度分析和试验验证;在此基础上对其进行结构优化,减轻摩托车的重量;摸索出了摩托车车架开发设计中的一些思路和方法。以某款摩托车车架为例,分析了摩托车行驶过程中车架的实际受力情况及摩托车车架系统有限元模型建立的原则;采用HyperMesh软件建立了与疲劳试验机试验工况相对应的车架有限元模型;应用MSC.Nastran求解器对其进行强度/刚度分析;采用MSC.Fatigue对其进行疲劳强度分析及寿命预估;在疲劳试验机上进行试验,验证理论模型及分析结果的正确性。在此基础上,结合多工况约束非线性优化问题,采用有限元法与现代优化技术相结合的方法对车架进行轻量化设计;以车架重量最小为优化目标,车架主要构件截面尺寸为设计变量,在多工况强度/刚度约束条件下,采用Altair OptiStruct软件对其进行结构优化;最后对优化结果进行强度/刚度校核,验证优化结果的有效性。采用有限元分析和试验相结合方法开展摩托车车架系统强度分析和结构优化研究,在保证车架强度/刚度的前提下,得到摩托车车架构件最佳尺寸,不仅可以节省材料、降低成本、减少车架应力集中,而且能有效地指导新型摩托车的开发设计,对提高国内摩托车的设计水平有重要的理论意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容和方法
• 2 有限元分析基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 有限元法
• 2.2.1 弹性力学的基本方程
• 2.2.2 平衡方程和几何方程的等效积分“弱”形式-虚功原理
• 2.2.3 弹性力学变分原理
• 2.3 有限元方程的建立
• 2.4 小结
• 3 摩托车车架系统动态特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 摩托车车架受力分析及载荷计算
• 3.2.1 车架受力分析
• 3.2.2 载荷计算
• 3.3 摩托车车架系统有限元模型
• 3.3.1 摩托车车架系统有限元模型的简化及原则
• 3.3.2 摩托车车架系统有限元模型的建立
• 3.4 摩托车车架系统模态分析
• 3.5 摩托车车架系统瞬态响应分析
• 3.6 结果分析
• 3.7 小结
• 4 摩托车车架系统疲劳强度分析
• 4.1 引言
• 4.2 材料的疲劳特性
• 4.3 疲劳强度设计方法
• 4.3.1 对称循环载荷下有限寿命疲劳设计
• 4.3.2 非对称循环载荷下的有限寿命疲劳设计
• 4.4 摩托车车架系统疲劳强度分析及寿命预估
• 4.4.1 几何信息
• 4.4.2 材料信息
• 4.4.3 载荷信息
• 4.5 分析结果
• 4.6 小结
• 5 摩托车车架系统强度试验
• 5.1 引言
• 5.2 摩托车车架强度试验机的介绍
• 5.3 车架强度测试原理及方案
• 5.3.1 测试原理
• 5.3.2 测试方案
• 5.4 测试结果
• 5.4.1 工况一测试结果
• 5.4.2 工况二测试结果
• 5.4.3 工况三测试结果
• 5.5 结果分析
• 5.6 小结
• 6 摩托车车架结构优化
• 6.1 引言
• 6.2 优化设计的基本理论
• 6.2.1 优化设计的数学模型
• 6.2.2 迭代算法
• 6.3 摩托车车架结构优化
• 6.3.1 设计变量
• 6.3.2 目标函数
• 6.3.3 约束条件
• 6.4 优化结果
• 6.5 小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录