倒三轮摩托跑车车架有限元分析及轻量化设计

论文摘要

随着汽车工业的高速发展,对汽车性能的要求越来越高,通过有限元法对车架结构进行性能分析,在设计时考虑优化车架的结构,对提高整车的各种性能,降低设计和制造成本,增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。车架是非承载式车身结构的主要承载部件,要承担主要包括发动机及乘客等在内的汽车大部分载荷,其性能直接关系到整车性能的好坏。车架的性能主要包括车架在静态载荷作用下的应力特性、车架的动态特性以及车架材料的利用程度等。本文以某新型运动款倒三轮摩托跑车的车架为研究对象,参考国内外研究成果,以HyperMesh和ANSYS为工具,运用有限元法对该车架进行分析和研究。在对倒三轮摩托跑车车架几何模型及其所承载荷进行适当简化处理的基础上,首先利用HyperMesh建立该车架的高质量有限元模型,再根据行驶特点,利用ANSYS分析该车架的静态应力特性,包括倒三轮摩托跑车主要的三种工况:弯曲工况、扭转工况及紧急制动工况,得到最大应力值和最大应力区域,得出该车架满足强度设计要求,并且有轻量化设计的可行性。然后分析了该车架的十阶自由模态频率及振型,通过这些频率和振型与路面和发动机怠速激励频率的对比,得出该车架的模态特性符合要求,不会产生整体共振。提出了倒三轮摩托跑车车架轻量化设计方案,建立车架的参数化有限元模型,并以车架质量为优化目标,进行了优化,减轻了整车重量,提高了材料利用率。倒三轮摩托跑车在国内还是较新的产品,本文的研究成果不仅为该类型整车的动力学性能的进一步改善提供了资料,并且为今后研制开发此种车型及制定相关标准提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 车架有限元分析国内外研究现状
• 1.2.1 车架静态分析国内外研究现状
• 1.2.2 车架动态分析国内外研究现状
• 1.2.3 车架轻量化国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 车架有限元模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 有限元法的基本原理与基本步骤
• 2.3 车架分析的主要任务
• 2.4 有限元建模及分析工具的选择
• 2.4.1 HyperMesh软件介绍
• 2.4.2 ANSYS软件介绍
• 2.5 车架有限元模型单元的选取
• 2.6 车架的材料特性
• 2.7 车架结构简化及几何清理
• 2.8 网格划分
• 2.8.1 网格划分的基本原则
• 2.8.2 网格的质量控制
• 2.9 悬架的模拟
• 2.10 焊接的处理
• 2.11 ANSYS中车架有限元模型
• 2.12 本章小结
• 第3章 车架静态分析
• 3.1 引言
• 3.2 车架静力分析基础
• 3.3 施加载荷及约束
• 3.4 弯曲工况
• 3.5 扭转工况
• 3.6 紧急制动工况
• 3.7 计算结果分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 车架动态特性分析
• 4.1 模态分析的基本理论
• 4.2 车架模态求解方法
• 4.3 车架模态分析计算
• 4.4 模态结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 车架轻量化设计
• 5.1 引言
• 5.2 优化设计概述
• 5.3 优化模型的数学模型和构成要素
• 5.4 ANSYS的基本优化方法
• 5.5 数学模型建立的原则
• 5.6 车架优化模型的建立
• 5.6.1 参数化有限元模型的建立
• 5.6.2 选择设计变量
• 5.6.3 选择状态变量
• 5.6.4 选择目标函数
• 5.6.5 选择优化方法
• 5.7 优化结果及分析
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢