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車架是摩托車的主要承載結(jié)構(gòu)，具有幾何形狀復(fù)雜、作用載荷復(fù)雜、支撐結(jié)構(gòu)和約束復(fù)雜的特點(diǎn)。車架具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠仁菍?duì)車架的基本要求。摩托車車架的強(qiáng)度是摩托車承載能力的決定性因素。足夠的強(qiáng)度保證摩托車在載荷的作用下保持結(jié)構(gòu)的完整。適當(dāng)?shù)膭偠缺ＷC摩托車在載荷的作用下保持前、后輪的平直度，不致產(chǎn)生影響行駛穩(wěn)定性的彎曲或扭曲。下面主要運(yùn)用有限元法對(duì)摩托車車架在不同工況下的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，分析車架的應(yīng)力應(yīng)變情況并對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便能為摩托車車架的設(shè)計(jì)提供參考。
1、車架幾何模型的建立
所提供的車架是由若干根鋼管和鋼板組合的焊接結(jié)構(gòu)組成，其中車架上管、下管及與其相連的連接板為主要承載部件。根據(jù)有限元分析的特點(diǎn)，我們先建立起具有一定精度的車架的幾何模型。
2、車架有限元模型的建立
使用處理軟件Hypermesh對(duì)車架的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元選用二維4節(jié)點(diǎn)的空間薄殼單元Shell63，Shell63單元可有效地模擬一定厚度的板殼及其線形和彎曲變形。單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有6個(gè)自由度，即x，y，z向平動(dòng)自由度和繞x，y，z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。在平面內(nèi)變形為線性變形，對(duì)于非平面的情況單元采用對(duì)組成向量進(jìn)行混合插補(bǔ)的方法，從而使對(duì)車架的模擬更為合理。
用板殼SHELL63單元對(duì)該車架進(jìn)行離散。在離散過程中，考慮到車架與轉(zhuǎn)向立管相接處以及各彎管相接處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較薄弱，劃分單元時(shí)應(yīng)盡可能細(xì)化，以便準(zhǔn)確地求得最敏感承載區(qū)域的應(yīng)力和變形。
2.1、車架的計(jì)算載荷
摩托車在使用過程中要承受各種載荷的作用，在建立車架的有限元模型時(shí)就必須對(duì)載荷進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚员闶┘釉谙鄳?yīng)的單元和節(jié)點(diǎn)上。對(duì)于本摩托車，駕駛員質(zhì)量130 kg，油箱質(zhì)量6kg，發(fā)動(dòng)機(jī)總成質(zhì)量35.2kg。發(fā)動(dòng)機(jī)總成載荷分兩部分集中載荷，前支撐19kg，后支撐16.2kg，在建立有限元模型時(shí)將作用點(diǎn)設(shè)置在節(jié)點(diǎn)上，各部分載荷形式都為均布載荷。
3、計(jì)算結(jié)果
計(jì)算的車架應(yīng)力分布，車架最大應(yīng)力為124.5 MPa，位于發(fā)動(dòng)機(jī)后支撐梁與座椅相接處，小于強(qiáng)度極限。除此還有轉(zhuǎn)向立管附近的最大應(yīng)力，底部左彎管處的最大應(yīng)力為42.762 MPa，弧形板和前支撐管相接處的應(yīng)力，最大應(yīng)力為31.662 MPa。
車架的變形主要發(fā)生在與車架主彎管相連的支撐座處，最大總變形量為0.802 mm。
4、結(jié)論
利用有限元的方法對(duì)車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析，從分析結(jié)果可知：
1)、在雙輪、單輪支撐兩種工況下的強(qiáng)度分析計(jì)算結(jié)果，車架的最大應(yīng)力分別為124.5 MPa和153. 6 MPa均小于車架材料的許用限制。該車的車架強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足要求；
2)、車架的彎曲剛度略小于標(biāo)準(zhǔn)彎曲剛度，而扭轉(zhuǎn)剛度遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)剛度。表明車架扭轉(zhuǎn)剛度過大，可能存在車架的振動(dòng)，對(duì)摩托車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性造成不利影響；
3)、車架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在車架主彎管和后彎管連接處，注意此處的焊接質(zhì)量；
4)、車架轉(zhuǎn)向立管處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制較好，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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