车架是电动自行车中最主要的结构,它起到连接、支撑各部件的作用,同时承受着传给它的各种力和力矩,必须有足够的可靠性和寿命。此外,车架的质量要尽量减轻,以减轻整车的质量。鉴于此,本文在电动自行车车架的结构设计过程中引入拓扑优化设计,以便设计出合理的车架结构,主要取得了如下研究成果和结论:基于有限元模型对本课题所研究的电动自行车车架进行了结构静动态特性分析,得到了车架在静载荷作用下的应力、应变分布云图,车架的典型固有频率以及模态振型,并对车架的静动态特性作出初步评估。利用优化设计软件HyperWorks建立了电动自行车车架拓扑优化的有限元模型。建立了电动自行车刚柔耦合动力学模型,并进行典型路面上的电动自行车人车系统动态性能测试,结果表明该模型可用于动态特性仿真。通过添加典型路面激励得到了各力作用点的动载荷,并提取峰值,用于拓扑优化设计。探讨了基于HyperWorks拓扑优化中的关键参数对优化结果的影响,得到了参数的设置值;研究了水平力、电池载荷分量、电池位置等因素对优化结果的影响,最终得到了车架的拓扑优化结果。基于HyperWorks尺寸优化设计对根据拓扑优化结果构建的车架新模型进行轻量化设计。以各部分壁厚为设计变量,强度为约束条件,车架重量为目标函数进行优化,得到了电动自行车车架主要结构的轻量化尺寸。按照拓扑优化、尺寸优化的结论在Solidworks中重新建立了电动自行车车架的实体模型,并对重构车架进行了结构强度分析、模态分析,计算结果表明,优化方案切实有效,为今后电动自行车车架的结构设计提供了一定的借鉴经验。