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基于有限元法的摩托车车架振动响应与可靠性分析

作　者: 刘宝生
导　师: 毕凤荣
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 车架有限元法静态分析模态分析动态响应
分类号: U483
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

摩托车振动问题是影响摩托车骑乘舒适性、操纵稳定性和行驶安全性的重要因素。摩托车车架是摩托车的主要承载部件,其可靠性和振动响应直接影响着整车的可靠性和舒适性、安全性。本文以典型摩托车车架为研究对象,采用有限元方法分析车架在路面不平激励下的振动响应,以及车架的强度与疲劳寿命,探讨在设计阶段预测车架振动响应与可靠性的分析方法。首先根据实际车架建立车架的三维实体模型,对模型进行单元划分而建立车架的有限元分析模型。通过车架的实验模态分析,了解车架的结构动态特性,并以此为基准来校准有限元分析模型为后续的强度和振动响应分析奠定基础。采用有限元动力响应分析方法,以模态叠加原理为理论根据,在模态分析基础上对车架进行了随机振动分析,得到车架在路面激励下的位移响应和应力响应,并对车架进行了疲劳寿命分析,得到了车架的累计使用系数,根据计算结果对车架的静态和动态性能做了相应的分析评价,结果表明能够达到要求。对应的试验结果验证了有限元分析结果的正确性,表明论文开展的有限元分析方法可以在设计阶段对摩托车车架的振动响应与可靠性进行预测,从而提高摩托车车架的开发成功率。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 课题背景  8
  1.2 国内外研究现状综述  8-10
  1.3 车架设计与强度计算方法综述  10-12
  1.4 结构的动态设计在摩托车上的应用  12-15
    1.4.1 按设计图样或实物进行动力学建模  12-13
    1.4.2 按照动力学模型计算动态特性并对初步设计进行审核  13-15
  1.5 本文的结构及主要作用  15-16
  1.6 本章小结  16-17
第二章摩托车车架实验模态分析  17-30
  2.1 实验模态分析的基本原理  18-21
  2.2 动力响应与频响函数  21-22
  2.3 测试系统示意图测点布置时间历程测量  22-24
    2.3.1 实验用测试仪器  22
    2.3.2 测试仪器系统示意图  22-23
    2.3.3 预实验  23
    2.3.4 时间历程测量  23-24
  2.4 摩托车车架试验模态分析  24-29
    2.4.1 提高车架模态试验精度的途径  24-26
    2.4.2 车架测点布置示意图  26-27
    2.4.3 频响函数集总图  27
    2.4.4 模态参数的识别  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章摩托车车架有限元模态分析  30-43
  3.1 摩托车部件有限元分析理论  30-32
  3.2 结构有限元分析精度影响因素和解决措施  32-34
  3.3 有限元分析的误差和建模准则  34-35
  3.4 有限元计算模型的建立  35-37
    3.4.1 有限元模型的简化原则  35-36
    3.4.2 有限元模型的网格划分  36-37
  3.5 摩托车车架的模态计算  37-42
    3.5.1 车架有限元模态分析  37-42
    3.5.2 计算结果分析  42
  3.6 本章小结  42-43
第四章摩托车车架的静强度有限元分析  43-55
  4.1 摩托车主要部件建模方法  43-48
    4.1.1 车架的离散  44
    4.1.2 前后减震器的处理  44-46
    4.1.3 后摇架连接的处理  46
    4.1.4 发动机及其安装的模拟  46
    4.1.5 前后车轮的模拟  46-48
  4.2 摩托车车架的约束处理  48
  4.3 车架载荷工况的确定及受力分析  48-54
    4.3.1 车架载荷工况的确定  48
    4.3.2 实车静态工况下车架的受力分析及计算  48-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章摩托车车架的动态响应分析  55-75
  5.1 摩托车结构动力响应方程  55-59
  5.2 随机振动模态分析的理论基础  59-63
  5.3 谱分析基本概念和相关术语  63-66
    5.3.1 谱分析基本概念  63-64
    5.3.2 谱分析相关术语  64-66
  5.4 路面谱的确定  66-69
    5.4.1 路面不平度的功率谱  66
    5.4.2 空间频率谱密度转化为时间频率谱密度  66-69
  5.5 路面对两轮摩托车的激励输入  69-70
  5.6 车架随机振动的有限元计算  70-72
  5.7 摩托车振动控制方法研究  72-73
  5.8 摩托车结构修改减振  73-74
  5.9 本章小结  74-75
第六章车架的疲劳寿命分析  75-81
  6.1 疲劳分析相关概念  75-76
  6.2 疲劳计算的准备工作  76-77
  6.3 摩托车车架疲劳理论计算  77-80
    6.3.1 疲劳失效理论  77-79
    6.3.2 随机疲劳计算  79-80
  6.4 本章小结  80-81
第七章全文总结  81-83
  7.1 主要研究成果及结论  81-82
  7.2 本课题的展望  82-83
参考文献  83-85
发表论文和科研情况说明  85-86
致谢  86

基于有限元法的摩托车车架振动响应与可靠性分析

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