摩托车车架结构分析系统的研究与开发社编辑部2015年征稿信息

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更新时间:2014年8月 来源:摩托车车架结构分析系统的研究与开发社官网 点击:
1绪论
绪论
1.1问题的提出及研究意义
车架是摩托车关键的部件之一,是摩托车的骨架,用来固定和支承发动机、传动系、悬架系统、转向系统及其它零部件并最终将各总成有机地连成一个整体,其性能直接影响着整个摩托车系统的动力学性能,因此车架与其它总成、零部件之间不仅要实现安装结构尺寸的匹配,满足各总成安装位置要求,而且要实现力学性能的匹配,具有足够的强度、刚度和合理的动态特性。传统的对于摩托车车架的性能研究,主要是经过多轮样件试制,反复的道路模拟试验、整车性能试验和疲劳试验,这不仅花费大量的人力、物力,延长设计周期[[>],而且有些测试因为试验条件限制而以进行[2]。可见设计周期长、费用高是阻碍企亚进行摩托车产品自主设计的瓶颈。
近年来,随着数值计算理论,特别是有限元理论的发展与应用,有限元方法在摩托车车架设计中的应用得到了迅速的发展。它可以用于指导和修正设计,按照并行工程的概念组织产品设计到生产,从而在设计阶段的对摩托车产品的性能进行评价和改进设计,从而使得摩托车设计周期缩短、成本降低。实践证明,有限元法是一种有效的数值计算方法,利用有限元法计算得到的结构位移场、应力场和低阶振动频率可作为结构设计的原始判据或作为结构改进设计的基础。[3]
应用有限元法对摩托车车架进行分析,是一项综合性的工作。它包括从结构的物理力学模型抽象为有限元计算的数学模型,计算程序的选择和修改,以及计算前后大量信息数据的处理等这样一个全过程。对于一般的工程设计人员掌握摩托车车架有限元分析方法,首先必须对有限元软件和分析过程比较熟悉,还要对力学和有限元理论有较深的理解,这对于普通的设计人员来说无疑是很大的障碍,也就势必影响到企业自主研发能力的提高。而摩托车车架性能有限元分析的技术路线己经相对比较成熟,可以形成比较专业的分析模块。
本课题运用VB和ANSYS二次开发工具APDL C ANSYS Parametric DesignLanguage)建立摩托车车架分析的专用模块,使用户可以通过简单的菜单的填写而实现摩托车车架的静强度分析、模态分析、瞬态分析,并据此对车架的疲劳寿命进行评价。这对摩托车生产厂家缩短开发周期,提高设计成功率,从而增强市场竞争力具有非常重要的现实意义。同时该课题的研究涉及有限元理论、振动理论、强度、疲劳理论有一定的学术价值。
1.2国内外研究现状
我国的摩托车工业起步较晚。八十年代前,我国的摩托车生产技术一直是五十年代从苏联引进的国际上四十年代的生产技术。产品也是仿制苏联四十年代产品,数十年一成不变,与国际技术水平的差距越来越大。八十年代中期,以合资形式从国外引进了较先进的生产技术,开始了我国摩托车工业的开发生产。但由于底子太薄,在初级阶段,仅仅引进了国外的生产图纸,大部分技术工作都处在消化图纸阶段,即使近期的自主产品设计开发,也一直处在测绘模仿阶段。各厂家以国外的机型为原型机,互相抄袭。因不能进行强度核算,稍加改动,就可能出现了强度或振动问题。不能自主进行设计开发,是我国摩托车行业的普通问题。[4]
国外摩托车工业中的计算机数值模拟技术应用较早,自主开发的技术水平也较高。欧美有很多专业的设计开发机构,计算机模拟技术分析运用非常普遍。二战后,日本摩托车行业用了十年的时间,就走完了从仿制到自主开发设计的过程;用了不到二十年的时间,就进入了世界摩托车发达国家之列;用了三十年左右的时间就发展成为世界摩托车行业的排头兵。现在,日本四大公司(本田、铃木、雅马哈、川崎)新开发的摩托车,其主要部件都经过计算机数值模拟技术分析,无论是新产品开发的速度,还是新产品的开发成本,都有很大的优势。我国台湾的摩托车工业,新产品开发手段也较先进。以光阳公司为例,庞大的科研开发机构,三百多名技术人员大多具有博士、硕士学位。产品设计、模拟分析过程基本全部实现计算机化。但国外各企业技术封锁严,很难在有关文献资料中找到具体有较大参考价值的文献资料。[4]
随着我国加入WTO,知识产权将得到更有力的保护。我国摩托车行业要想保住自己的市场份额,必须不断地快速开发出拥有自主产权的、质量过硬、造型新颖且成本低廉的产品。这就要求我们在摩托车新产品的开发中,必须运用计算机数值模拟技术。
而目前摩托车计算机数值模拟技术中比较成熟的是摩托车虚拟样机技术,即有限元分析方法。在大量的有限元分析软件中,ANYSYS以其强大的功能和通用性得到了普遍的认可和应用。ANSYS在摩托车车架结构分析中已有较多应用。吉林大学王建中运用有限元对摩托车车架进行了静态和动态特性分析,得到摩托车动载安全系数不足的结论,并对结构进行了改进,使其动载安全系数得到提高阎。重庆大学汪晓虎应用有限元研究了摩托车车架工作过程瞬态响应分析,并对车架结构进行了改进(4]。武汉理工大学王晋飞运用有限元对摩托车车架的静态强度和振动特进行了分析,并分析了车架断裂的原因[[3]0
但是ANSYS软件对设计人员的要求较高,设计人员首先必须对ANSYS模块和分析过程比较熟悉,还要对力学和有限元理论有较深的理解。对于普通的设计人员来说无疑是很大的障碍。这也就势必影响到企业自主研发能力的提高。
目前国内在ANSYS二次开发方面,一些高校和企业作了一些研究。天津大学杨树耕、乔惠芹等做了ANSYS二次开发在海底管道结构分析中的应用研究f61;兰州铁道学院张克华、段志东做ANSYS二次开发途径研究[7l;同济大学张家华做了ANSYS在大型、复杂建筑物中的工作应用研究fgl;薛隆泉做了基于VC一和ANSYS接口的高效率曲轴有限元分析系统的研究[(9l;北京航空航天大李朔东、马纲做了基于ANSYS的本文由百通期刊网整理模态分析二次开发及应用研究[(iol。但是到目前为止,还没有关于摩托车车架强度分析的模块化程序。
国外在ANSYS二次开发方面的研究在ANSYS的官方网站W W W.ANSYS.COM和ANSYS的讨论网站W W W.ANSYS.NET上有较多的讨论。
1.3本文研究目的和研究内容
本课题运用VB和ANSYS二次开发工具APDL建立摩托车车架分析系统。系统中包括摩托车车架模态、瞬态、静强度和疲劳强度分析四个模块。使用本系统的工程技术人员不必花很多精力去学习有限元理论和有限元软件,只需要根据系统的要求对CAD模型进行简化,通过简单的菜单填写和文件选择实现摩托车车架的模态、瞬态、静强度和疲劳强度的分析。具体内容如下:
1运用VB建立一个友好摩托车车架结构分析系统的界面。完成摩托车车架几
何模型的输入功能。
2运用ANSYS二次开发工具APDL建立摩托车车架模态分析的专用模块。
3运用ANSYS二次开发工具APDL建立摩托车车架静强度分析的专用模块。
4运用ANSYS二次开发工具APDL建立摩托车车架瞬态分析的专用模块。
5根据疲劳分析理论建立疲劳寿命估算的应用程序。
6对某摩托车车架进行分析,并与手动逐步的有限元分析结果进行比较以验证程序的正确性和可靠性。
在此基础上,总结了运用APDL和VB进行ANSYS二次开发的一般方法和流程。
2摩托车车架结构分析系统设计
本系统主要针对两轮摩托车车架进行设计。两轮摩托车车架的结构型式很多,按照使用材料的不同,有管材车架、板材车架、钢管钢板组合车架和铝合金车架。按照车架的结构类型,车架可分为空间结构型车架、主梁结构型车架、主梁摇臂组合型车架[,’]。
根据车架应用的广泛性和现有车架模型,本系统主要针对空间结构型车架进行设计。
2.1系统总体设计‘
利用v$设计一个友好的交互界面,使得用户只需根据提示选择需要导入的模型、输入一些必需的参数并选择一些定义载荷的文件,系统就会自动生成有限元软
件ANSYS承认的一系列log文件。再由用户手动导入ANSYS中,从而完成分析的前处理和求解过程。
模块化本文由百通期刊网整理设计:本系统采用了模块化设计,包括车架的模态分析、静态分析、动态分析和疲劳分析。各个模块之间相对独立。用户可以根据提示逐步完成摩托车车架强度分析的全部分析流程,也可以完成其需要的某一个或几个分析项目。
ANSYS中有限元模型的建立可以通过两种方式完成。对于比较简单、可以参数化的模型一般采取直接在ANSYS前处理中运用命令建立几何模型,然后划分网格生成有限元模型。对于比较复杂的模型一般采取在CAD软件中建立几何模型,然后通过一个通用的接口导入ANSYS中再划分网格生成有限元模型。考虑到摩托车车架几何模型比较复杂而且各种摩托车车架型式差别较大很难参数化,故选取在CAD软件中建模导入ANSYS的方法。
为了使得系统的模型更加规整,减少位置参数的输入,对车架模型进行如下规定。
2.3几何模型文件格式
从CAD软件中导入有限元软件中常用的模型格式为parasoild和igs两种格式。其中parasolid格式比较适用于体(volume)模型的导入,并且其长度单位默认的米(m),这与有限元分析中常用的长度单位毫米(mm)不统一。在将parasolid格式的模型导入ANSYS中后,需要通过比例缩放将模型放大1000倍,而这个过程中经常会出现问题。
而igs格式的模型的长度单位为毫米(~)与有限元分析中常用的长度单位相统一。并且igs格式的模型接口的有效性和通用性都比较好,故本系统的几何模型都采用igs格式。


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