摩托车结构建模及其有限元分析

摘要

摩托车车架是摩托车的主要部件，车架结构直接影响到舒适性和安全性等性能。本文在对车架结构建模的基础上，分析其结构强度及振动特性，并对分析结果进行评价，这不仅可以达到控制振动与噪声的目的，而且对车架结构的改进也具有重要的作用。在研究中，将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)和实验方法等结合起来，对提高设计质量、缩短开发周期、降低设计成本，对推动摩托车生产企业的自主开发水平能起到一定的促进作用。 论文的主要研究内容如下：①以某摩托车车架实物为基础，并结合该车架的装配图以及部分零部件图，使用UG软件建立了车架的三维模型；通过调用UG软件建立的模型，使用MSC.PATRAN软件，建立了一种切实有效的车架有限元模型； ②对该车架的有限元模型进行模态分析，求得其固有频率和振型，再通过实验的方法验证所建车架有限元模型的准确性，对比两种方法所得结果，进而对车架的动态特性做出初步评估分析； ③在以上所建有限元分析模型的基础上，分析车架的受力情况，并施加适当的边界条件，在几种不同的工况下，对车架进行了静力分析，综合评价分析结果，找出车架的薄弱部位(应力集中的地方)，结合相关理论对车架的结构强度进行评价，提出某些结构改进方案； ④在路面随机激励的作用下，对车架进行动力学响应分析，探讨了影响车架振动的几个因素(包括路面激励、结构阻尼、人体等)，研究了车架几个重要部位的位移响应情况，并与模态分析结果做了对比分析。这对于车架结构的设计，车架某些部位断裂原因的预测等，都具有一定的指导意义； ⑤依据车架结构特点，以车架各部位的材料厚度作为设计变量，以模态分析时的模型为基础，对车架进行模态优化分析，结合模态分析，评价优化分析结果，提出车架结构的改进办法。 通过对该车架进行的以上分析，得到了影响车架振动的一些重要结论，为解决摩托车的实际振动提供了理论依据；同时找出了车架某些薄弱环节，并结合分析结果，对其进行了结构改进，使改进后的车架振动特性得到了一定的改善。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1本文研究背景

1.2国内外现状综述

1.3论文研究的意义与目的

1.3.1论文研究的意义

1.3.2论文研究的目的

1.4本论文的主要任务

2车架结构及其有限元模型的建立

2.1利用UG软件对摩托车车架建模

2.2有限元法的基本思想

2.2.1有限元法的分析过程

2.2.2有限元法的软件实现

2.2.3有限元分析方法在车辆技术中的应用

2.3车架设计方法概述

2.4车架有限元模型的建立

2.4.1车架有限元模型基本单元的选择

2.4.2有限元网格的划分

3车架模态分析以及实验验证

3.1车架结构模态分析的一般过程

3.2模态分析技术及其应用

3.2.1模态提取方法

3.3车架有限元模态的计算

3.3.1边界条件的确定

3.3.2计算频率范围的选取

3.3.3计算结果分析

3.4实验模态分析

3.4.1概述

3.4.2频域法识别原理

3.4.3车架的模态实验

3.4.4实验结果分析

3.5车架结构的有限元模态与实验模态对比分析

3.6本章小结

4车架的静力学分析

4.1静力学分析的理论基础

4.2车架结构及力的简化

4.2.1车架主要尺寸

4.2.2车架的受力分析

4.3静力学分析

4.3.1边界约束条件的确定

4.3.2静应力分析及评价

4.4车架结构强度综合评价及结构改进方案

4.5本章小结

5车架的动力学响应分析

5.1动力学响应分析的概述

5.2动力学响应分析的理论基础

5.3车架动力学响应的有限元计算

5.3.1路面激励与振动响应的关系

5.3.2结构阻尼对振动响应的影响

5.3.3摩托车车架的动响应分析

5.4本章小结

6车架的结构优化

6.1结构优化概述

6.2优化方法在摩托车上的应用

6.3车架结构优化的一般过程

6.3.1结构优化中的寻优方法

6.3.2车架结构最优化模型的建立

6.4摩托车车架的优化设计

6.4.1基本设计数据

6.4.2优化结果及评价

6.5本章小结

7结论与展望

7.1主要结论

7.2后续研究工作的展望

致 谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间的研究工作及发表的论文

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