利用UGNX软件进行摩托车车架动态特性分析图文精.docx

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利用UGNX软件进行摩托车车架动态特性分析图文精

设计・试验・研究/主持人:

陈晓玉

利用UGN×软件进行摩托车车架动态特性分析

史春涛1朱建广2张宝如1

（1天津大学天津内燃机研究所2廊坊市安次区驾驶员培训学校

摘要:

cAE作为摩托车分析的重要技术,利用uGNX可以高效、快速的进行摩托车车架动态特性分析,易于普及提高CAE应用水平。

关键词:

a垣UGNX动态特性

AnAmalysisonMotorcycleFrameDynamicBehaViorMade

bvMeansofUGNXSof.tware

ShiChunta01ZhuJianguan92ZhangBaorul

（1TiarljiIlUniVersityTianjinIntemalCombustionEngineR-esearchInstitute

2Langfang.Anci.DriverTrailliIlgSch001

Abstract:

CAEisanimportantwayforImprovingtheanalytialabiHtytomotorcycle.UGNXishelpfultothedynamicbeha、rioranalysisofmotorcycleframeinahighlye行ectiveandquickway,whichiseasytopopularizeandlmprovemeapplicationofCAE.

Keywords:

CAEUGNXDynamicbehavior

c3P（cAD/cAE/cAM/PDM技术是在网络协同摩托车主要结构设计采用的是统计、类比和经验方开发环境下,通过三维数字模型,全面模拟产品设计、法,在准确分析摩托车结构强度、刚度和振动方面存分析、装配、制造等过程,实现计算机辅助产品开发在欠缺,成为设计摩托车高端产品的瓶颈。

而cAE的核心技术。

目前,cAD/cAM已在摩托车产品开发技术正是解决这种问题的有效手段之一,而有限元中得到良好应用,但cAE技术尚未全面启动。

传统分析法（FEM又是cAE技术最重要的方法之一。

图12CDRS构建曲面的效果图

3总结

cDRs在曲面设计造型方面具有强大的功能,对摩托车的外形及结构设计具有很大的帮助。

当然这

12摩托车技术2005/09

图13最终完成的电子样车效果图

只是笔者平时设计过程中的一些经验总结,在具体设计工作过程中,会随曲面及结构要求不同出现不同的情况,需要在实践中体会掌握,使设计工作更加得心应手。

（收稿日期2005_04-20　万方数据

主持人:

陈晓玉/设计・试验・研究

车车架动态特性的分析。

1车架动态特性

行驶中的摩托车处于动态受力,会产生动应力可能引起疲劳破坏,还会产生振动和噪声,影响骑乘舒适性和环保。

因此,对摩托车结构分析时,要进行静态、动态分析,其中动态分析要先进行模态分析,即求出系统模态特性,然后再施加初始条件和激振力,求出系统迫振响应,包括振动结构上关心点的位移、应力、应变等结果;模态参数包括系统的各阶固有频率、固有振型、模态质量、模态阻尼和模态刚度等,它表征了系统的动态特性…。

模态分析分为计算模态分析和实验模态分析,计算模态分析实际上是一种理论建模过程,主要是运用有限元法对结构进行离散,建立系统特征值数学模型,用各种近似方法求解系统的特征值和特征矢量,即系统的固有频率和固有振型矢量乜1,如果模型合理,就能得到比较满意的结果。

而对于较复杂结构的物理参数往往不十分清楚,有些因素难以确定,如系统阻尼、部件连接刚度、边界条件等。

因此,需要试验模态分析数据加以验证和修改。

车架是摩托车的骨架,空间结构形式和受力状态较复杂,是影响摩托车强度和振动最关键的因素之一。

利用cAE技术对其进行动态特性分析是摩托车动态分析中的一个重要环节,经过验证后的有限元模型可进行多方案优化设计,避免共振发生m1。

2动态特性CAE分析

利用UG小Ⅸ进行摩托车车架动态特性分析的主要过程为:

cAE模型准备_+网格划分_边界条件斗计算及后处理一结果分析。

2.1CAE模型准备

车架将摩托车各总成连接成整体,安装定位精度要求高、空间结构复杂、焊接零件多,各零件间相互装配关系不明显,一般需要通过三维CAD方法进行设计,图1为某125mL车型车架cAE模型。

cAD模型作为cAE模型的主模型,需经过处理才能用于网格划分,cAE模型与主模型相关,同时可进行再处理,一般需完成的工作有:

a简化实体模型:

选取车架主要结构件进行分析,将影响很小的细微结构如线夹、安装架等忽略不计。

b抽取中面:

构成车架的钢管和钢板都是薄壁构件,需采用面网格处理,通过uGNx抽取中面技术,快速从实体模型中提取中面。

图1某125mL车型车架CAE模型

c组合碎面:

对于复杂的钢板冲压件,曲面碎面较多,通过uG嗍合曲面功能缝合碎片,用于生成规则网格,以提高网格质量,减少网格数量。

d简化曲面模型:

将不影响分析结果的孔、倒角和细微曲面等特征,在给定某尺寸基准下抑止,以提高分析速度。

经过处理的曲面模型较大程度保证了与cAD主模型的一致性,如图2所示。

图2经过处理后的车架曲面模型

2.2网格划分

利用UGNX的2DMESH功能可以很容易生成壳单元,并分别对每个零件进行网格划分,通过调整各参数生成所需单元。

对零件间的焊缝,由于不是针对焊缝进行局部分析,可以用2种近似方法处理,一是编辑网格节点将相邻节点直接合并,另一种是利用UGNX的Edge-FaceConnections功能,产生刚性连接单元,将所有零件的单元连接在一起,进行整体分析。

经过网格划分的车架模型如图3所示。

2.3边界条件

对系统动态特性影响最大的边界条件是几何约束条件,由于摩托车所受的约束对结构自身刚度来讲小很多,采用自由约束也是适当的乜’。

因此,对车

摩托车技术2005/09

13

　万方数据

设计・试验・研究/主持人:

陈晓玉

架按自由边界处理,易于同模态实验分析结果相比较,将网格的材料特性和厚度定义后,就可以进行求解了。

2.4计算结果及后处理

将分析环境设置为模态,设定关心的模态阶数及模态频率上、下限,选用合适的求解器如NxNas.tran或stmctureP.c求解固有频率和振型。

表1为求得的前12阶频率,其中1—6阶为刚性频率,7~12阶为实际的第1~第6阶频率。

表1求得的前12阶频率

模态阶数123456

频率,Hz1.8083.7344.1675.1247.02210.9模态阶数78910ll12频率,Hz80.37107.1110.6147.5151.6181.3

图3经过网格划分的车架模型

2.5结果分析

从模态频率看出,实际1阶频率80.37Hz,比30~40km/h车速对应的发动机频率稍高,可以避免在该转速范围内发生共振,其它频率处于发动机高速运行范围内,有共振点存在。

将振型位移放大,通过振型动画演示,可清晰地看出各阶模态的变化规律。

图4为车架1阶振型,车架以后减震器中心、油箱支点附近及车架下连接管为节点,发生左右弯曲变形;图5为车架2阶振型,车架以油箱支点附近为节点,以_c轴为中心轴,发生旋转变形;图6为车架3阶振型,

图4车架1阶振型

14摩托车技术2005/09车架以后减震器中心、油箱支点附近为节点,发生上下弯曲变形;与前3阶振型发生整体变形不同,图7为车架4阶振型,主要为在车架后部、同时向左右方向张开的局部变形。

从前4阶车架振型变化看到,车架后部变形较大,是相对薄弱的环节。

计算得到的结果要与试验模态分析数据对比,以验证有限元模型的合理陛。

根据经验,在一定频率范围内,理论分析的固有频率数目比实验测得的数目多,原因是模态振型复杂,而实验布置的传感器测点数有限,略去了某些信息,丢失了

一些频率值;或者实验中没有激励出车架的所有模　万

方数据

主持人:

陈晓玉/设计・试验・研究

踏板车发动机吊架装置的设计

杨慧萍梁荣朝陈汉汛（武汉理工大学

摘要:

通过在摩托车整车性能测试系统上跑车,对HNl25T_2摩托车发动机与车架刚性连接

进行振动信号测试,分析发动机振动对车辆动态性能的影响,提出发动机与车架弹性连接的方案,

设计合理的结构装置,并用相同实验方法和数据处理方法进行振动信号测试验证,最大限度地减小

了发动机振动对车辆动态性能的影响。

关键词:

发动机振动刚性连接洋『生连接

ADesignofEngineS1ingerforScooter

YangHuipingLiangRongchaoChenHaIl】（un（WuhanUniversityofTechnologyAbstract:

Basedonthepe—’omancetestconductedonamnningmotorcycle,avibrations远naltestconcemingthefegidjointoftheengiIlewiththeframeismadeonHN125T_2motorcycle,thmughwllich

theinnuenceofengillevibrationuponthedynamicbehaviorisanalysed,theplanofthenexiblejointoftheengillewiththeframeisproposed,arightlystmcturalequipmentisdesignedandthevibrations谵naltestcertmcationiscamedoutwhichisbasedonthesimilartestmethodandthedataprocessingmethod,sothat

theinfluenceofengillevibrationuponthemotofcycledynamicbehaviorhasbeengreatlyreduced.

Keywords:

EngilleVibration砌gidjointFle】（iblejoillt

引起摩托车振动的原因主要有2个,一是摩托车行驶时,由于路面凹凸不平引起车辆上下或横向方面的振动“1;二是发动机运转产生的气缸爆发力、往复惯性力和离心惯性力等引起的振动。

其中气缸爆发力主要引起缸体等部件的振动响应,并向车架传播,是引起车架及车身振动的主要原因乜1,若发动机

本文以广州林叶机电科技有限公司生产的HN125T.2摩托车为研究对象,从摩托车动力吊架装置和发动机吊耳衬套设计出发,分析减小发动机振动对车辆动态性能的影响,以提高摩托车骑乘舒适性。

1刚性连接的振动试验

与车架连接装置的阻尼作用过小,发动机的振动会图l是发动机与车架连接的示意图,发动机通过直接传递给车身,使车身随发动机一起振动。

螺杆利用框架结构与车架刚性连接。

试验中摩托车●…●…●㈣●㈣●州忡●■洲●㈣●㈣●州忡●‘洲●■洲●㈣●洲●州忡●…●-●●态,而在理论分析中特征值求出的是指定频率段内合理化模型为继续进行摩托车整车强度和振动计算的全部频率。

利用计算求得的模态振型,可以指导打下了基础。

模态实验中传感器布置的位置、方向和数量。

同时,网格模型的简化和边界条件模拟,是造成计算结果与测量结果有一定偏离的原因之一。

因此,实验结果与计算结果相比对时,只要在一定的偏差范围内就可以认为有限元模型是合理的。

3结论

采用uGNx可以高效进行车架有限元分析,通过分析前几阶模态的频率和振型,可以找到车架的变形规律,指导优化设计。

计算结果可以用来指导模态实验,经过验证的

参考文献

[1】徐凌,王明贤.模态分析技术在摩托车车架设计中的应用.摩托车技术,1998（2:

9~12

【2】曹树谦,张文德,萧龙翔.振动结构模态分析一理论.实验和应用.天津:

天津大学出版社,200l

【3】蓝军,张殿昌.在摩托车设计中对车架动态特性的分析.

摩托车技术,1999（10:

3,7

【4】王建中.DYlooT-7摩托车车架的有限元分析及结构改进.摩托车技术,2004（4:

17~20

（收稿日期2005.04旬6

摩托车技术2005/0915

　万方数据

利用UGNX软件进行摩托车车架动态特性分析

作者:

史春涛,朱建广,张宝如,ShiChuntao,ZhuJianguang,ZhangBaoru

作者单位:

史春涛,张宝如,ShiChuntao,ZhangBaoru（天津大学,天津内燃机研究所,朱建广,ZhuJianguang（廊坊市安次区驾驶员培训学校

刊名:

摩托车技术

英文刊名:

MOTORCYCLETECHNOLOGY

年,卷（期:

2005,（9

引用次数:

2次

参考文献（4条

1.徐凌模态分析技术在摩托车车架设计中的应用[期刊论文]-摩托车技术1998（2

2.曹树谦.张文德.萧龙翔振动结构模态分析--理论、试验与应用2001

3.蓝军在摩托车设计中对车架动态特性的分析[期刊论文]-摩托车技术1999（10

4.王建中DY100T一7摩托车车架的有限元分析及结构改进[期刊论文]-摩托车技术2004（4

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