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摩托車本身是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，外界載荷的作用復(fù)雜、多變，人、車、環(huán)境三位一體的相互作用，致使摩托車力學(xué)模型的建立、分析、求解始終是一個難題。目前人們常通過靜態(tài)CAE技術(shù)對車架進(jìn)行有限元分析，并對結(jié)果乘以動載安全系數(shù)來設(shè)計和評價車架的強(qiáng)度，或者再結(jié)合模態(tài)參數(shù)和激勵的頻譜進(jìn)行車架的動態(tài)特性預(yù)測。這在一定程度上能預(yù)測車架的強(qiáng)度問題，但不能真實的反映摩托車工作過程的應(yīng)力變化，也不利于改進(jìn)設(shè)計。應(yīng)用ANSYS，LS-DYNA，VPG，ANA等有限元軟件建立摩托車整車的有限元分析模型，對摩托車整車進(jìn)行工作過程瞬態(tài)仿真分析，計算了摩托車主要結(jié)構(gòu)部件的動態(tài)應(yīng)力，為摩托車車架的強(qiáng)度評價和改進(jìn)提供了一種新思路。
研究的摩托車為一款越野車，其主要承載結(jié)構(gòu)包括車架和后擺臂，在進(jìn)行有限元分析時，車架、后擺臂和方向架采用了殼單元，單元網(wǎng)格劃分的基本尺寸是8mm。因為連接部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了保證單元質(zhì)量和計算精度，局部單元尺寸有所減少，摩托車發(fā)動機(jī)一般與車架剛性連接，發(fā)動機(jī)本身也是一個剛度很大的部件，安裝發(fā)動機(jī)后在實際中對車架前半部的強(qiáng)度和剛度都有大幅度的提高，所以在分析車架時，必須考慮發(fā)動機(jī)的影響。本研究中發(fā)動機(jī)簡化為一個質(zhì)量單元(MASS166)，質(zhì)量為35kg，位于發(fā)動機(jī)的重心位置，它與車架通過梁單元(BEAM161)進(jìn)行連接，摩托車前懸和后懸采用了彈簧阻尼單元(COMBI165 Spring Damper)。摩托車有限元模型如圖，摩托車整車共有19553個節(jié)點，18878個單元，其中包括：14260個殼單元、3個彈簧單元、3個阻尼單元、7個旋轉(zhuǎn)鉸鏈單元、3506個實體單元、1090個梁單元和9個質(zhì)量單元。
LS-DYNA是世界上最著名的通用顯式動力分析程序，能夠模擬真實世界的各種復(fù)雜問題，特別適合求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性動力沖擊問題，同時可以求解傳熱、流體及流固耦合問題。在工程應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可為最佳的分析軟件包。為了分析摩托車整車在特殊工況下的瞬態(tài)應(yīng)力分布情況，采用了LS-DYNA求解器對整車進(jìn)行瞬態(tài)動力響應(yīng)力學(xué)分析。首先，分析了3個成員載荷下摩托車在C級路面下的瞬態(tài)響應(yīng)，并且C級上設(shè)置了一個寬為10mm、深為10mm的凹坑；其次，考慮到常見的凸包路面下的特殊工況，分析了一個成員載荷下摩托車在過凸包路面時的瞬態(tài)響應(yīng)。載荷條件如下表所示，如圖所示為摩托車整車在3個成員載荷作用下、在C級路面上以70km/h的車速行駛時某一時刻整車的應(yīng)力分布云圖，其應(yīng)力較大區(qū)域出現(xiàn)在車架的主板和后減振器安裝支耳以及后搖臂的支耳附近。從圖中可以看出，車架和后搖臂是摩托車的主要承載部件，且應(yīng)力較大區(qū)域主要集中在車架與后搖臂的連接處，與實際情況相符，如圖所示，曲線A、曲線B、曲線C分別為圖中后減振器安裝支耳、主板后懸安裝部位和后搖臂支耳附近單元的動態(tài)應(yīng)力時間歷程，從圖中曲線形狀可知，在前車架在動載作用下逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時最大應(yīng)力出現(xiàn)在主板后懸安裝部位；在5s時，摩托車在過此凹坑時出現(xiàn)了應(yīng)力峰值，由曲線C，在過C級路面時摩托車達(dá)到平衡狀態(tài)后的最大應(yīng)力值在200MPa左右，并沒有超過其許用應(yīng)力值，符合強(qiáng)度要求。
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