基于柔性车架的摩托车虚拟样机建模及仿真

论文摘要

随着全球市场和全球制造的形成，我国摩托车工业自主创新开发能力差、技术水平低下的现状正面临强有力的竞争和严峻挑战。面对世界经济全球化的大趋势和入世后新的市场环境，要想实现摩托车技术的可持续发展，就必须把握摩托车技术发展动向，不断开发新的产品，提高产品的档次，以满足市场多样化的需求。应用虚拟样机技术开发摩托车产品是借鉴、消化、吸收国外先进制造技术，增强我国摩托车企业自主开发和技术创新能力的有效途径。虚拟样机技术是从分析产品整体性能出发，解决传统的设计与制造过程弊端的高新技术。使用系统仿真软件可以建立虚拟样机模型，在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动，并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析，观察并试验各组成部件的相互运动情况和产品整体的运动及受力情况，快速分析多种设计方案，直到获得系统的最优设计方案。虚拟样机技术的运用，不但可以缩短开发周期，而且设计质量和效率也得到了有效的提高。本文基于三维建模软件UG建立了摩托车整车虚拟样机的数字化模型，阐述了摩托车虚拟样机开发的流程及其关键技术。探讨了在UG和ADAMS软件中，如何利用参数化的设计方法建立模型。基于多体、动力学理论，结合应用ADAMS软件，针对摩托车的振动特性，分别建立了基于刚性车架和柔性车架的摩托车多体动力学模型。结合功率谱密度函数以及随机路面理论的相关知识，通过计算机模拟出车速在60Km／h的B级路面位移功率谱密度曲线，以此作为仿真输入。最后利用两种摩托车虚拟样机模型分别进行振动分析，分析结果表明在研究摩托车整车固有特性以及摩托车行驶状态的振动情况时，多刚体样机的仿真结果和多柔体样机的仿真结果区别不大，用多刚体模型可以代替复杂的多柔体模型，以此来简化建模与计算过程。最后以多刚体模型为例，讨论了摩托车的各项相关参数对振动特性的影响。通过论文结果的分析，认为采用多刚体动力学样机进行仿真实验是现阶段在摩托车企业切实可行的设计方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究的意义及主要内容
• 第2章 虚拟样机技术及相关软件介绍
• 2.1 虚拟样机技术简介
• 2.1.1 虚拟样机技术的内容
• 2.1.2 摩托车虚拟样机的特点
• 2.1.3 摩托车产品虚拟样机的开发流程
• 2.1.4 摩托车虚拟样机开发的关键技术
• 2.2 UG软件简介
• 2.3 ADAMS简介
• 2.4 本章小节
• 第3章 摩托车虚拟样机参数化建模技术
• 3.1 CAD的参数化技术
• 3.2 摩托车虚拟数字样机的参数化建模
• 3.2.1 关键零部件参数化建模
• 3.2.2 车架参数化特征模型
• 3.2.3 摩托车整车虚拟样机建立
• 3.3 摩托车虚拟样机仿真模型的参数化技术
• 3.3.1 参数化设计系统的开发
• 3.3.2 虚拟样机参数化建模
• 3.3.3 程序的实现
• 3.3.4 用户界面的开发
• 3.3.5 车架设计
• 3.3.6 前悬挂设计
• 3.3.7 样机的参数化分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 摩托车多体动力学模型的建立
• 4.1 多刚体动力学理论及研究方法
• 4.1.1 多刚体动力学理论基础
• 4.1.2 多刚体系统动力学的研究方法
• 4.2 多柔体系统动力学理论及其研究方法
• 4.2.1 多柔体系统动力学理论基础
• 4.2.2 柔性多体系统动力学研究方法
• 4.3 摩托车整车动力学仿真模型的建立
• 4.3.1 摩托车多体模型建立中的假设与简化
• 4.3.2 多刚体模型的建立
• 4.3.3 多柔体模型的建立
• 4.4 动力学仿真模型的参数获得
• 4.4.1 几何、物理参数的获得
• 4.4.2 轮胎特性参数的确定
• 4.4 本章小结
• 第5章 随机路面数字模型的建立
• 5.1 自功率谱密度函数
• 5.2 随机路面模型的建立
• 5.2.1 路面不平度的表示
• 5.2.2 路面不平度的模拟
• 5.2.3 路面仿真模型的生成
• 5.3 本章小结
• 第6章 摩托车虚拟样机振动仿真分析
• 6.1 摩托车固有特性分析
• 6.2 摩托车匀速直线行驶工况仿真
• 6.2.1 阶跃输入下摩托车振动仿真
• 6.2.2 路面随机输入下的振动仿真
• 6.3 悬架刚度及阻尼对摩托车振动特性的影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢