SRV摩托车车架强度及随机振动分析

摘要

摩托车车架是摩托车的主体骨架，要承受静载荷和各种动载荷的作用，因而对车架的强度，以及动态特性的要求都非常高。车架的动态特性设计不好，对摩托车的乘坐舒适性、操纵稳定性、安全性以及各零部件的可靠性都有不良影响。而车架的强度特别是动强度若不满足要求，会使车架结构受到破坏。由于传统的经典力学和经验类比设计方法不能很好地解决以上各方面的设计问题，故采用在国外摩托车业中应有已经相当成熟的有限元法来对摩托车车架进行分析设计。本文以一新型运动多功能休闲(SRV)摩托车车架为研究对象。通过对其CAD模型的修复，采用基于几何模型的方法分别建立了车架的静力学分析、模态分析以及随机响应分析的有限元模型，并分别进行了分析计算。 车架在两种工况下的静力学分析结果表明，车架的静强度和刚度都能满足要求，但应力分布很不均匀，结构强度余量较大，可作进一步优化。 通过模态分析，得到了车架前十阶的固有频率和固有振型。结果表明：车架的变形以沿车架纵向的弯扭变形为主，而其振动的一阶固有频率恰好与发动机在标定功率下的二阶惯性力频率重合，会引起车架的共振，应通过改变车架的结构以提高其一阶固有频率来避免。 基于GB7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》，本文通过程序构造了三种工况下路面的时间功率谱密度函数，并对此三种工况下摩托车的随机响应进行了分析。分析得到了人体的加速度和位移的响应功率谱密度，以及车架的响应均方根应力。结果指出人体振动频率范围主要集中在22Hz以内的低频范围；车架中下部发动机连接处的动应力最为集中，因而该位置最易由于动强度不足而破坏，结构设计时应特别注意。 本文通过分析得出了进行车架优化设计的方向，为后续工作奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1.我国摩托车业现状和发展趋势

1.2.课题的提出

1.2.1.摩托车车架结构要求

1.2.2.车架设计方法

1.2.3.有限元法概述

1.2.4.课题研究的目的和意义

1.3.有限元法国内外应用现状

1.4.研究的主要内容和方法

1.4.1.研究的主要内容

1.4.2.课题研究方法

1.4.3.软件平台简介

1.5.本章小结

第二章 有限元分析基本理论

2.1.弹性力学求解方法

2.2.静力学分析有限元法

2.2.1.有限元法求解基本过程

2.2.2.变分原理简介

2.2.3.有限元静力学分析

2.3.振动动力分析有限元法

2.3.1.有限元振动分析的基本方程

2.3.2.结构的固有频率和固有振型

2.3.3.求解结构动力响应的有限元法

2.4.本章小结

第三章 车架的静力学分析

3.1.SRV摩托车车架结构设计

3.1.1.摩托车结构简介

3.1.2.摩托车主要技术参数

3.1.3.车架结构形式

3.2.车架静力学有限元模型建立

3.2.1.车架CAD模型的处理

3.2.2.模型的网格划分

3.2.3.载荷工况和约束条件

3.3.车架静力学解算及结果分析

3.3.1.工况一结果分析

3.3.2.工况二结果分析

3.4.本章小结

第四章 车架的有限元模态分析

4.1.摩托车动态特性分析技术

4.1.1.试验模态分析技术

4.1.2.有限元模态分析技术

4.2.车架的有限元模态分析

4.2.1.有限元分析模型建立

4.2.2.模态计算和结果分析

4.3.本章小结

第五章 摩托车随机振动响应分析

5.1.随机振动概述

5.1.1.随机过程

5.1.2.随机过程谱密度

5.1.3.随机振动

5.2.摩托车的随机振动

5.2.1.路面不平度激励

5.2.2.路面空间和时间谱密度

5.3.响应动力学分析方法

5.3.1.动态响应分析步骤

5.3.2.模态加速度法

5.3.3.模态位移法

5.3.4.路面随机激励的生成

5.4.摩托车对路面的随机响应分析

5.4.1.响应分析有限元模型建立

5.4.2.模态响应分析

5.4.3.随机振动求解及结果分析

5.5.本章小结

第六章 总结与展望

6.1.总结

6.2.展望

参考文献

附录

致谢