摩托车车架多轴向多激励道路模拟试验方法研究

摘要

车架是摩托车整车的承载脊梁，由于路面激励等外部激励源的存在，车架长期工作在剧烈的振动冲击之下，车架的疲劳破坏或断裂成为摩托车产品在用户市场反馈最突出的问题，这就迫切需要高效合理的车架疲劳可靠性试验设备和试验方法。　　传统的车架疲劳可靠性考核主要依赖实际道路试验和试验场试验，费时费力，新兴发展的基于远程参数控制（RPC）技术的道路模拟试验可以在室内高效准确地复现车辆及其零部件实际行驶时的振动受载，但是在摩托车及零部件的可靠性考核中应用较少。除此之外，现有的针对摩托车及零部件的室道路模拟试验试验对象通常为摩托车整车，车架的考核针对性不足，考核效率低，而现有的专门针对车架的道路模拟试验也主要采用单轴向单激励或单轴向多激励的车架加载模式，不能模拟车架实际道路行驶所受到的多轴向载荷激励，模拟精度不高，不能满足车架疲劳可靠性考核需求。　　因此，结合CAD/CAE技术和道路模拟试验技术，开发一套车架多轴向多激励道路模拟试验系统和建立摩托车车架多轴向多激励道路模拟试验方法，对考核并提高车架的疲劳可靠性具有重要的理论指导意义和工程应用价值。　　首先，针对某摩托车企业某款新开发车架，通过摩托车及车架受力分析确立了车架实际行驶几种典型受载工况。结合企业疲劳试验机加载考核方法，对车架进行了典型工况的有限元分析以及强度评价，获取了车架典型工况下的车架应力分布特征和薄弱环节，据此指导了车架道路载荷谱采集测点选取与传感器布置，并进行了车架典型路况道路载荷谱采集，对载荷谱进行了预处理和时域、频域以及幅值域统计分析，验证了数据的可靠性并获取了车架实际行驶应力分布特征。　　其次，结合车架实际行驶应力分布特征，进行了车架多轴向多激励道路模拟试验台架方案设计，对试验台架进行了多刚体动力学仿真分析验证了设计方案的可行性并获取了加载方法，更进一步对试验台架进行了刚-弹耦合动力学仿真分析，获取了车架测点应力-时间历程信号，并通过测点灵敏度分析选取了车架载荷谱模拟迭代测点，并最终完成了台架方案优化。　　在此基础上，基于优化的台架设计方案搭建了车架多轴向多激励道路模拟试验系统，选取了车架模拟迭代测点并提取了道路模拟试验室内期望响应信号，采用基于力-位移耦合控制和时-频域误差加权远程参数控制的载荷谱模拟迭代方法，对车架测点载荷谱进行了大量模拟迭代，较为准确地在室内复现了车架实际行驶道路载荷谱，提取了道路模拟激励谱，并初步探索了载荷谱模拟迭代精度的影响因素，从而建立了摩托车车架多轴向多激励道路模拟试验方法。　　最后，结合本文建立的车架多轴向多激励道路模拟试验方法和疲劳分析方法，提出了基于实际道路模拟激励谱的车架虚拟疲劳试验方法，以提取的道路模拟激励谱为驱动信号，采用基于模态应力恢复（MSR）的应力疲劳全寿命分析方法对车架进行了疲劳寿命预测，从而建立了基于道路模拟激励谱的车架虚拟疲劳试验方法。

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1绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目标与研究内容

1.4 研究方法与技术路线

1.5 小结

2 车架典型工况有限元分析与强度评价

2.1 车架受力分析

2.2 车架典型工况与边界载荷的确立

2.3 车架典型工况静力分析与强度评价

2.4 小结

3 车架典型路况道路载荷谱采集与分析

3.1 车架道路载荷谱采集

3.2 载荷谱处理和分析

3.3 车架应力分布

3.4 小结

4 车架多轴向多激励道路模拟试验台架方案设计

4.1 传统道路模拟试验装置

4.2 车架多轴向多激励道路模拟试验台架方案设计

4.3 试验台架方案可行性分析

4.4 小结

5 试验台架刚-弹耦合动力学仿真分析与方案优化

5.1 构建试验台架刚-弹耦合动力学仿真模型

5.2 仿真分析与试验台架方案优化

5.3 搭建试验台架

5.4 小结

6 车架多轴向多激励道路模拟试验方法

6.1 道路模拟试验方法

6.2 远程参数控制（RPC）载荷谱模拟迭代方法

6.3 多轴向多激励道路模拟试验

6.4 摩托车车架多轴向多激励道路模拟试验方法

6.5 小结

7 基于道路模拟激励谱的车架虚拟疲劳试验方法

7.1 疲劳分析基本理论

7.2 基于道路模拟激励谱的车架虚拟疲劳试验方法

7.3 小结

8 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 论文的主要创新点

8.3设想和展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果