运动型摩托车车架的有限元分析

　　1　前言

　　现代CAE将有限元分析(FEM)、优化、动态测试分析技术有机结合,在汽车车架的设计中己广泛应用,但在摩托车车架设计方面的报导尚不多见。[1]

　　随着生活水平的提高,人们不仅看重摩托车本身的质量,更加注重摩托车产品的各种性能的提高。运动型摩托车主要适应对象是年轻的摩托车爱好者,他们不仅要求外形新潮、豪华、富有时代动感;而且要求整车性能优良,操纵稳定,制动性能得心应手,乘骑舒适,驾驶平稳等。针对该类消费者,某公司在原来型号的基础上改型设计开发了新型摩托车,在该款车型的设计开发中,FEM技术的应用显著提高了产品设计的科学性,减少设计的盲目性,对提高设计效率,缩短开发周期,降低设计成本起到一定的促进作用。下面简单介绍FEM技术在该车型车架结构分析中的应用。

　　2　车型结构特点

　　该款改型摩托车(见图1)作为一款运动型公路越野车,适用范围是农村、草原、山路等道路条件较差的地区和场地竞赛。因此,要求主要尺寸(如整车外形尺寸、轴距、离地间隙、前伸角、前伸距、轮胎等)较普通两轮摩托车的数值要大一些,以提高整车的稳定性和越野性;在结构上,要求车架、后平叉、前减震器和后悬挂具有足够的强度和较好的刚度,提高抗震和抗变形能力,提高减震效果,在作车辆改型设计时还要综合考虑其结构强度、刚性、操纵性、稳定性等诸多因素。

　　3　车架结构的有限元分析

　　车架作为摩托车的主要部件,是整车设计改进和优化的基础。采用FEM技术,在摩托车概念设计的同时,进行静态、动态分析,随着设计图纸的进一步完善,摩托车结构的有限元模型也进一步细化,使分析计算的结果更趋于准确。这样,在最终图纸完备后,就能使整车的强度、寿命指标得到控制,大大地减少了样车的制作和实验时间^。[2]

　　从利用有限元软件进行分析的角度来讲,车架结构分析的主要过程可分为:几何建模———前处理———计算———后处理。

　　前处理是对计算对象网格划分、形成计算模型的过程,包括单元类型的选择、材料特性的确定,实体建模,节点单元网格的确定、约束载荷的移置等。

　　计算则是在形成总刚度方程和约束处理后求解大型联立方程组、最终得到节点位移的过程。后处理则是对计算结果(应力、应变或振型等)的整理,形成等应力线、变形图、振型图等,以及结果的输出[3]。

　　本文采用Altair公司的有限元分析软件AltairHyper Mesh 6.0,分析求解器为该软件的Optist-ruct。