摩托车车架动特性计算机仿真分析

第 卷 第 期 计 算 机 仿 真 拓 年 月文 章 编 号 侧 场 一 场 一 仪 拼 , 一 供摩 托 车 车 架 动 特 性 计 算 机 仿 真 分 析徐 中 明 , 贺 岩 松 , 张 志 飞 , 苏 周 成重 庆 大 学 机 械 工 程 学 院 , 重 庆 川 吠 犯摘 要 摩 托 车 车 架 的 动 特 性 是 摩 托 车 振 动 舒 适 性 的 一 个 重 要 影 响 因 素 , 采 用 计 算 机 仿 真 分 析 方 法 进 行 康 托 车 车 架 动 特 性 分析 能 有 效 的 减 少 试 验 费 用 , 缩 短 产 品 开 发 周 期 。 该 文 基 于 某 摩 托 车 车 架 的 二 维 图 纸 和 实 物 , 首 先 利 用 软 件 进 行 几 何 建模 然 后 用 软 件 建 立 其 有 限 元 模 型 , 并 进 行 了 自 由 模 态 的 计 算 机 仿 真 分 析 最 后 利 用 实 验 模态 分 析 系 统 对 该 车 架 进 行 了 实 验 模 态 分 析 , 验 证 了 计 算 机 仿 真 结 果 , 结 果 表 明 仿 真 精 度 较 高 , 可 将 二 者 相 结 合 以 分 析 车 架 的振 动 特 性 。关 工 询 卑 托 车 车 架 棋 态 分 析 有 限 元中 圈 分 类 号 洲 礴 文 橄 标 识 码一 , 一 , 一 , 一, , , ,记 以 卜,伴 , , 衍 ,衍。引 官随 着 市 场 需 求 的 多 样 化 和 人 们 对 摩 托 车 性 能 要 求 的 提高 , 要 求 企 业 有 能 力 对 已 有 车 型 进 行 改 进 设 计 或 者 开 发 新 产品 以 适 应 新 的 需 求 。 摩 托 车 车 架 是 摩 托 车 的 骨 架 , 它 将 发 动机 、 传 动 装 、 摇 架 、 制 动 系 、 转 向 装 置 、 车 轮 等 总 成 有 机 地 联系 在 一 起 。 摩 托 车 在 行 驶 过 程 中 主 要 受 到 来 自 路 面 和 发 动 机的 激 励 , 车 架 不 仅 承 受 着 行 驶 过 程 中 的 动 载 荷 和 静 载 荷 , 而且 通 过 前 后 减 展 器 和 坐 垫 将 发 动 机 和 路 面 激 励 传 递 到 驾 驶员 , 对 康 托 车 的 行 驶 安 全 性 与 舒 适 性 有 重 要 影 响 。车 架 作 为 摩 托 车 的 一 个 关 键 总 成 , 应 该 与 发 动 机 、 前 后减 展 器 合 理 匹 配 , 因 此 在 设 计 开 发 阶 段 中 就 应 掌 握 车 架 的 特性 , 以 便 进 行 整 车 的 合 理 设 计 布 置 。 摩 托 车 车 架 特 性 分 析 应包 括 静 特 性 分 析 和 动 特 性 分 析 。 模 态 分 析 是 现 代 结 构 动 特 性 “分 析 的 基 础 , 已 得 到 了 广 泛 应 用 。 本 文 建 立 了 有 限 元 模 型 , 借助 于 完 成 了 车 架 主 体 的 计 算 模 态 仿 真 分 析 ,并 进 一 步 通 过 实 验 验 证 了 仿 真 分 析 的 结 果 。基 金 项 目 重 庆 市 科 委 重 点 攻 关 项 目 一 教 育 部 留 学 回 国 人员 科 研 启 动 基 金 抖 一 联 合 资 助收 稿 日 期 二 一 一模 态 分 析 理 论 甚 础对 受 外 界 载 荷 和 激 励 的 任 意 机 械 系 统 进 行 动 力 学 分 析时 , 一 般 借 助 于 简 化 了 的 数 学 模 型 , 抽 象 出 其 主 要 的 力 学 特性 。 例 如 将 一 个 无 限 多 自 由 度 系 统 简 化 为 一 个 有 限 自 由 度 系统 , 建 立 徽 分 方 程 如 下 、 、云 坛 二其 中 卜 为 广 义 坐 标 的 列 阵 、 、 分 别 为 质 、 阻尼 和 刚 度 矩 阵 、 无 、 到 分 别 为 速 度 和 加 速 度 向 。 对 于 线形 系 统 , 式 就 是 一 个 组 线 形 定 常 微 分 方 程 , 是 一 组 藕 合方 程 , 求 解 微 分 方 程 即 可 得 到 系 统 的 振 动 响 应 。一 对 一 1994 , 将 式 进 行 拉 氏 变 换 , 得材 卜 兀 二 尸引 人 下 面 恒 等 式 一 二将 此 式 与 式 结 合 在 一 起 得二 其 中 , , 厂 , 二 厂 日 , 二 粼 竺 , , , 二 一 诸 , 粼于 整 个 加 强 筋 的 厚 度 , 即 不 考 虑 焊 接 的 影 响 。 左 右 主 板 形 状比 较 复 杂 , 建 模 时 将 其 分 成 几 部 分 , 最 后 缝 合 在 一 起 。该 车 架 的 主 要 结 构 为 钢 板 、 圆 管 , 其 厚 度 与 长 度 和 截面 尺 寸 相 比 很 小 , 因 此 用 板 单 元 单 元 进 行 模 拟车 架 上 各 部 件 都 是 焊 接 在 一 起 的 , 在 建 模 时 直 接 用板 单 元 将 各 部 件 连 接 起 来 , 应 保 证 各 部 件 连 接 处 单 元 形 状 合理 斜 度 、 锥 度 , 满 足 计 算 要 求 。假 设 力 函 数 为 零 , 则 式 就 变 成 特 征 值 求 解 , 特 征 值满 足 ,对 于 自 由 度 系 统 , 此 方 程 就 有 个 呈 复 共 扼 对 出 现的 特 征 值 。 特 征 值 包 含 阻 尼 因 子 和 阻 尼 固 有 频 率 。 每 个 特 征值 对 应 一 个 特 征 向 量 其 中 例 为 模 态 振 型 向 量印 二 入 价 价 对 于 线 形 系 统 , 满 足 亚 加 原 理 , 系 统 的 频 响 函 数 可 描 述为 多 个 单 自 由 度 系 统 的 亚 加柑“ 加 , 洛 鱼 鱼 竺 二 理 一 绝 二 卫 三声 一 加 一 圈 车 架 几 何 棋 里模 态 分 析 就 是 使 运 动 徽 分 方 程 组 解 辆 , 成 为 一 组 由 模 态坐 标 及 模 态 参 数 描 述 的 独 立 方 程 , 根 据 模 态 参 数 进 行 求 解 。模 态 分 析 有 两 种 途 径解 析 法解 析 法 是 建 立 多 自 由 度 运 动 徽 分 方 程 组 , 根 据 质 量 、 刚度 、 阻 尼 矩 阵 来 估 计 模 态 参 数 , 也 就 是 特 征 值 求 解 的 问 题 。实 验 法实 验 法 就 是 根 据 实 验 , 测 出 频 响 函 数 矩 阵 , 然 后 用 适 当的 参 数 估 计 算 法 来 估 计 模 态 参 数 。计 算 机 仿 真 模 型 建 立某 卑 托 车 的 车 架 , 主 要 由 转 向 立 管 、 前 管 、 主 板 焊 接、 左 后 管 、 右 后 管 及 左 右 下 管 、 等 焊 接 而 成 , 如 图 。 该车 架 为 踌 接 菱 形 式 , 前 管 从 转 向 立 管 一 直 延 伸 到 发 动 机 曲 轴箱 前 端 , 直 接 利 用 发 动 机 的 曲 轴 箱 构 成 车 架 的 一 部 分 , 将 车架 连 接 起 来 , 能 获 得 理 想 的 最 低 离 地 间 隙 , 是 目 前 一 种 常 见的 结 构 类 型 , 多 见 于 系 列 摩 托 车 。首 先 利 用 软 件 建 立 三 维 几 何 模 型 , 然 后 导 人进 行 前 处 理 主 要 包 括 网 格 的 合 理 划 分 检 查 , 完 成有 限 元 建 模 最 后 利 用 计 算 器 进 行 分 析 计算 。有 限 元 建 模 时 , 既 要 如 实 的 反 映 车 架 实 际 结 构 的 力 学 特性 , 又 要 尽 采 用 较 少 的 单 元 和 简 单 的 单 元 形 态 , 因 此 在 几何 建 棋 和 建 立 有 限 元 模 型 时 处 理 方 法 如 下 建 模 的 目 的 是 用 于 车 架 的 模 态 分 析 , 车 架 上 油 箱 悬挂 支 承 、 加 强 板 等 边 缘 处 的 冲 压 是 为 了 加 强 强 度 , 因 此 在 建模 时 未 考 虑 其 形 响车 架 主 体 部 分 是 由 左 右 两 块 主 板 焊 在 一 起 , 上 下 边缘 处 是 两 块 板 焊 在 一 起 。 建 模 时 将 其 简 化 为 一 块 板 厚 度 等一 一圈 车 架 有 限 元 橄 皿有 限 元 模 型 包 含 个 节 点 , 个 。 单 元 , 如图 所 示 。 材 料 为 优 质 碳 素 钢 , 弹 性 模 肠 , 材料 密 度 了 扩 , 泊 松 比 。如 上 所 述 所 建 立 的 几 何 模 型 采 用 了 许 多 假 设 和 简 化 , 因此 模 型 的 准 确 性 需 要 通 过 试 验 来 验 证 。车 架 自 由 模 态 计 算 机 仿 真 分 析解 析 法 进 行 模 态 分 析 , 即 将 系 统 简 化 为 多 自 由 度 系 统 ,需 借 助 于 有 限 元 法 。 车 架 是 一 无 阻 尼 系 统 , 特 征 值 方 程 可 简化 为一 矿 二求 解 上 式 即 实 特 征 值 分 析 , 关 健 是 特 征 值 的 提 取 算 法 ,提 供 了 种 算 法 , 可 以 分 为 三 类 服 踪 法 变 换 法 丽 兰索 士 法 肠 。 其 中 , 肠 。 法 是 眼 踪 法 和 变 换 1994 , 具 有 较 好 的 性 能 。 本 文 就 采 用 肠 法 , 由 于 是自 由 模 态 , 前 阶 为 刚 体 模 态 。摩 托 车 承 受 路 面 和 发 动 机 激 励 , 路 面 是 低 频 激 励 , 而 发动 机 的 激 励 主 要 是 一 阶 往 复 惯 性 力 , 其 频 率 不 超 过工 作 范 围 一 般 在 侧 一 少 以 】 转 , 因 此 只 考 虑以 内 的 模 态 。 分 析 结 果 如 表 所 示 。农 车 架 棋 态 仿 弃 分 析 结 果阶阶 数数 频 率 振 型 描 述述一 阶 侧 弯 , 前 管 变 形 大大一 阶 扭 转 , 前 管 下 端 、 后 管 尾 部 变 形 大大以 一 阶 弯 曲 , 前 管 下 端 、 后 管 尾 部 变 形 大大二 阶 扭 转 , 车 架 尾 部 变 形 大大二 阶 奄 曲 , 前 管 下 端 变 形 大大二 阶 侧 弯 , 左 、 右 下 管 变 形 大大车 架 二 阶 弯 曲 后 管 、 下 管 局 部 侧 弯 , 尾尾部部部部 变 形 大大圈 侧 点 布 圈衰 车 架 态 实 脸 分 析 和 仿 班 对 比结 果 表 明 , 路 面 激 励 不 会 引 起 车 架 共 振 。 车 架 上 驾 驶员 座 位 处 变 形 较 小 , 适 于 乘 骑 前 管 下 端 变 形 较 大 , 而 此 处 正是 发 动 机 悬 挂 点 , 除 考 虑 强 度 外 , 应 该 合 理 设 计 方 向 把 和 前减 展 器 以 减 小 振 动 。阶阶 数数 模 态 频 率 阻 尼 比比仿仿仿 真 结 果果 实 脸 结 果果 差 值值值胶胶哄 , 阅以以实 验 模 态 分 析实 验 模 态 分 析 是 另 一 种 途 径 , 可 以 用 来 验 证 计 算 模 态 分析 , 两 者 互 为 指 导 , 实 验 法 和 解 析 法 相 结 合 , 有 利 于 更 好 地 分析 结 构 的 振 动 特 性 。实 验 模 态 分 析 的 精 度 由 侧 试 系 统 的 硬 件 和 软 件 处 理 方法 、 侧 试 人 员 的 熟 练 程 度 决 定 , 随 着 计 算 机 技 术 和 数 字 信 号处 理 技 术 的 发 展 , 实 验 模 态 装 已 日 渐 成 熟 , 并 得 到 了 广 泛应 用 。侧 试 系 统侧 试 系 统 主 要 包 括 加 速 度 传 感 器 、 力 锤 及 力 传 感 器 、皿 数 据 采 集 前 端 、 徽 机 、 软 件 。对 车 架 进 行 的 是 自 由 模 态 分 析 , 因 此 用 较 软 的 橡 皮 绳 将 车 架吊 起 来 , 使 其 处 于 自 由 状 态 , 采 用 力 锤 激 励 。经 多 次 预 试 验 , 并 参 考 计 算 模 态 分 析 结 果 , 对 车 架 进 行两 点 激 励 、 多 点 响 应 , 测 点 布 置 图 如 图 , 激 励 点 选 在车 架 左 后 管 尾 部 点 和 右 后 管 中 部 点 , 激 励 力 垂 直 向下 , 实 测 个 响 应 点 。实 脸 结 果 及 分 析根 据 实 侧 的 频 响 函 数 , 利 用 多 参 考 点 最 小 二 乘 复 指 数 法进 行 模 态 参 数 识 别 , 。仿 真 模 型 是 一 无 阻 尼 系 统 , 实 验 分 析 时 考 虑 到 了 车 架 的阻 尼 , 即 仿 真 分 析 是 实 模 态 , 而 实 验 结 果 为 复 模 态 , 但 由 于 阻尼 较 小 见 表 , 因 此 从 理 论 上 讲 , 所 造 成 的 差 别 不 大 。实 验 模 态 绷 率 和 仿 真 结 果 的 比 较 如 表 , 差 别 不 大 , 只有 第 阶 差 值 为 , 其 余 均 在 以 内 第 三 阶 棋 态 的实 验 、 计 算 的 振 型 图 对 比 如 图 、 , 振 型 上 也 有 差 异 , 这实 验 结 果卜圈 一 阶 曲 抓 组 圈是 由 于 仿 真 时 没 考 虑 阻 尼 、 传 感 器 的 固 定 位 及 个 数 所 限 所造 成 的 , 但 是 整 体 振 型 一 致 , 都 是 一 阶 弯 曲 。 其 余 几 阶 振 型 的一 一 1994 , 限 于 篇 幅 , 不 再 列 出 。综 上 分 析 可 知 , 仿 真 模 态 参 数 和 实 验 模 态 能 较 好 地 吻合 , 频 率 接 近 , 振 型 基 本 一 致 , 在 误 差 范 围 之 内 。 说 明 仿 真 模型 可 靠 、 准 确 , 由 于 有 限 元 模 型 节 点 较 多 , 振 型 比 实 验 结 果 更为 直 观 , 可 作 为 设 计 中 的 参 考 。何 渝 生 , 等 汽 车 振 动 学 【 北 京 人 民 交 通 出 版 社 , , 洲 】陈 宝 , 雷 刚 , 徐 中 明 , 肖 盛 云 蓦 于 ” 团 图的 卑 托 车 车 架 结 构 分 析 【 机 械 与 电 子 , 以 抖 一沃 德 海 伦 , 斯 蒂 芬 拉 门 兹 , 波 尔 萨 斯 着 , 白 化 同 , 娜 绝 忠译 模 态 分 析 理 论 与 试 脸 北 京 北 京 理 工 大 学 出 版 社 ,仆 , 旧 口 。 耐 , 以 抢,工自心 户 尸 结 束 语模 态 分 析 是 结 构 分 析 的 基 本 手 段 , 而 且 振 型 的 特 征 与 整车 的 合 理 布 也 有 关 。 本 文 采 用 计 算 机 仿 真 方 法 对 摩 托 车 车架 进 行 了 模 态 分 析 , 并 进 行 了 实 验 验 证 , 研 究 结 果 表 明 , 仿 真模 型 和 实 验 分 析 结 果 相 吻 合 , 说 明 建 模 时 处 理 方 法 正 确 , 仿真 精 度 较 高 。参 考 文 献 高 国 生 , 张 祖 翰 奉 托 车 车 架 动 态 特 性 性 能 的 试 验 研 究 振动 与 冲 击 , 卯 一【 蓝 军 , 张 段 昌 在 牵 托 车 设 计 中 对 车 架 动 态 特 性 的 分 析 【 卑托 车 技 术 , 一作 者 简 介徐 中 明 一 , 男 汉 族 , 四 川 省 仁 寿 县 人 , 工学 博 士 , 重 庆 大 学 汽 车 工 程 系 教 授 , 研 究 方 向 为 车辆 动 力 学 及 控 制 , 获 省 部 级 科 技 进 步 三 等 奖 项 , 发表 论 文 余 篇 。 贺 岩 松 一 , 男 汉 族 翻 南 双 丰 人 , 工 学 博士 , 重 庆 大 学 汽 车 工 程 系 副 教 授 , 研 究 方 向 为 车 辆 系 统 动 力 学 。张 志 飞 一 , 男 汉 族 , 河 南 南 乐 人 , 庆 大 学 汽 车 工 程 系 硕士 研 究 生 研 究 方 向 为 车 辆 系 统 动 力 学 。苏 周 成 一 , 男 汉 族 , 重 庆 云 阳 人 , 重 庆 大 学 汽 车 工 程 系 砚士 研 究 生 。上 接 第 页 前 景 。臼价 也 日 舫 田 习 勺价 生 旧 洲 的 劝田臼。 傀 田 月 。 上 成 洲 与 。 上 田 。 雌 田 舫 。 上 田 圈 改 进 后 自 举 电 璐 输 出 电 压 坟 波图 给 出 了 改 进 后 电 路 的 输 出 电 压 波 形 , 由 图 中 可 以看