摩托车车架的结构分析和优化设计.pdf

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1、汽车制造技术现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１１期倡摩托车车架的结构分析和优化设计１，２２２２２王江，周积，李晓灵，宋士勇，李宝宝（１重庆工商大学，重庆４０００６７；２重庆建设摩托车股份有限责任公司，重庆４０００５４）摘要：运用ＨＹＰＥＲＷＯＲＫ软件建立某两轮摩托车车架的有限元模型，进行了该车架的静强度、自由模态以及主要承重管件的疲劳强度分析。以疲劳强度分析得到的应力和刚度作为约束对车架零／部件进行尺寸和拓扑优化。优化结果显示，优化后的车架其静强度和自由模态与优

2、化前相比变化很小，均在工程允许的范围内，而车架质量减轻约６．５％。关键词：优化设计；轻量化；车架；有限元中图分类号：ＴＨ１２２　文献标志码：Ｂ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１１—００４７—０５Theoptimizationdesignandanalysisofmotorcycleframestructure１，２２２２２ＷａｎｇＪｉａｎｇ，ＺｈｏｕＪｉ，ＬｉＸｉａｏｌｉｎｇ，ＳｏｎｇＳｈｉｙｏｎｇ，ＬｉＢａｏｂａｏ（１ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎ

3、ｇｑｉｎｇ４０００６７，Ｃｈｉｎａ；２ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＪｉａｎｓｈｅＭｏｔｏｒｃｙｃｌｅＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＴｈｅＦＥＭｍｏｄｅｌｏｆｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｂｕｉｌｔｂｙＨＹＰＥＲＷＯＲＫ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓ，ｎｏｒｍａｌｍｏｄｅｓａｎｄｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｐａｒｔｓｏｆｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔａｋｅｔｈｅｓｉｚｅａｎｄｔｏｐｏｌｏ

4、ｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｎｏｒｍａｌｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｌｉｔｔｌｅｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｆｒｏｎｔａｎｄｂｅｈｉｎｄｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｉｎｔｈｅｐｅｒｍｉｔｔｅｄｒａｎｇｅｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｃｏｓｔｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄ

5、，ａｎｄｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｌｉｇｈｔｅｎｅｄａｂｏｕｔ６．５％．Keywords：ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ；ｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ＦＥＭ承重的钢管和板材焊接而成，不可拆卸。因车架材料０　引言的壁厚与其他方向尺寸相比很小，故采用四节点壳单随着石油资源的紧缺和环境质量的提高，车辆轻元作为车架材料的离散单元，而车架各部件之间采用［１］量化已成为整车企业适应市场发展的必然趋势。刚性单元连接以模拟焊接情况。在网格划分中，对

6、应目前，车辆轻量化在重型汽车和小型汽车等本身质量力集中的部位进行网格细化，而对整体性能影响不大相对较大的零／部件上已有应用，但对摩托车尤其是的螺纹、圆角、小零件等忽略不计，划分好网格的有限车架这种本身重量相对较小，受力又比较集中的结构元模型包括３２５６个壳单元和７８５个刚性单元，并赋上应用尚不成熟，如何保证摩托车车架强度和振动频予车架各部件相应的材料参数，该车型所采用的钢材３率不变或变化不大，成本适当减少或不增加，又能减为碳素结构钢，密度为７８００ｋｇ／ｍ，杨氏模量为２．１×５轻车架的重量成为优化设计的难点。由于车架

7、为安１０ＭＰａ，泊松比为０．２８。车架有限元模型及三种工况装基体和主要承载部件，其工作状态复杂，以传统的时的载荷和边界条件加载如图１所示。［２］方法分析和优化难度较大、效果较差，本文采用有为了施加边界条件和三种工况，在图１所示的模限元方法与优化算法相结合进行车架的分析和优化。型中还包含了前、后减振和后轮叉组件，并将后轮叉划分了实体单元网格，前、后减振在分析中采用梁单１　车架的结构分析元代替，各部件采用梁单元连接。该车架三种极限工１．１　车架的有限元模型况如下。以某两轮摩托车车架为研究对象，该车架主要由１）最大乘员载荷

8、工况：模拟搭载乘员极限工况时倡重庆市教委科学技术研究项目（ＫＪ１１０７１５）７４　２０１３年第１１期现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）车架受力情况。边界条件：在前轮轴中心固定约束２３４６，车架和平叉连接处中心固定约束１２３４６，在乘员位置施加按试验规范计算的垂直向下载荷１５００Ｎ。２）最大前载荷工况：模