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随着国际能源危机的加剧,国家对节能减排的要求不断提高,加之各种电动车、电动自行车的白热化竞争,摩托车企业所面临的竞争压力空前加剧。运用轻量化技术,降低消费者的使用成本,提高产品的市场占有率,已成为摩托车企业应对市场竞争,稳固市场地位的重要手段之一。车架作为全地形车的主要支承构件,也是全地形车的主要总成之一,在整车轻量化中占有十分重要的作用。
论文以某企业某型号全地形车车架为研究对象,在满足车架所能承受的强度、刚度和一阶频率的前提下实现车架的轻量化。
在研究过程中,以原车架为参考对象,采用有限元法,分析其使用过程中出现的弯曲工况、扭转工况、跌落工况和自由模态工况,验证项目的可行性。
模态试验以原车架为实验对象,采用锤激模态实验方法,运用LMS.TESTLAB软件对所测数据进行分析,得出实验模态的模态频率和振型,并和计算模态进行分析比较,检验有限元模型是否正确,其分析结果是否值得信赖。
根据最优化设计理论,选择车架的轻量化设计方案,设计变量为车架各零件厚度,目标函数为车架总体积,约束条件为强度、刚度和一阶频率,建立车架优化的数学模型。基于结构优化软件OptiStruct对其车架各设计变量进行尺寸优化,达到减轻质量5Kg,减重16%的目的。
对优化后的车架进行校核,验证车架的应力分布趋于平均,强度和刚度符合要求,车架的一阶模态频率避开了车辆常用车速下的共振频段。
通过运用优化设计技术对该款全地形车车架进行轻量化设计,降低了车架的质量,提高了该款车型的运动性能和燃油经济性。