两轮摩托车车架强度分析流程

两轮摩托车车架强度分析流程

一、使用范围

本分析流程适用于本公司两轮摩托车车架的强度分析，主要包括骑士车、踏板车、弯梁车的车架主体（见图1）。

图1车架结构示意图

二、分析思路及理念

根据两轮摩托车和两轮轻便摩托车车架技术条件和试验方法，两轮摩托车车架分析中需要模拟三种典型载荷：水平加载F0、后轮中心部位垂直向上加载F z、副座乘员乘座部位垂直向下加载F s。

校核强度分析中，先对车架进行有限元分析，计算车架的应力分布情况。对于出现应力集中的部位，分析其可能产生的原因，并与该部分所用材料的屈服强度进行比较，判断车架是否会发生屈服破坏，计算该处的安全系数。

为了校核车架的强度，应先列出车架各部分所使用的材料和这些材料的力学性能。如表1所示：

表1车架各部分所用材料力学性能

具体部件所用材料屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）

车头管20号钢245410

脊梁板和加强板08F号钢175295

其他（管件）Q215号钢335-450215

最后，通过校核车架的安全系数，分析车架的安全性，并指出需要加强的地方。

三、分析过程

3.1建立车架的有限元模型

（1）检查和清理原始模型，分析车架结构的合理性（如加强板的位置形状是否合理），如有明显不合理之处与设计人员沟通是否有特殊的设计意图，并确定车架结构可改动的位置及余量。在将原始模型导入有限元软件之前，清理原始模型上对车架强度不起作用的附件。

（2）网格划分，根据车架的实际情况，通常将车架的单元网格划为3-4mm，将厚度均匀的管件及钣金件划为shell单元，将形状不规则的铸铁或铸铝（如连接座，铸铝车架等）划为四面体单元，

在进行网格划分前应先对几何进行处理，将细小特征清除或释放，以提高网格划分效率及网格质量。对容易出现强度问题的区域可进行网格局部细化，以提高有限元计算精度。

（3）将减震器，后摇臂等暂不考虑强度的部件简化为截面相同的梁单元；将发动机假定为一刚性很大的部件，简化为MPC与车架相连。见图2、3、4

图2骑士车有限元模型图3踏板车有限元模型图4弯梁车有限元模型

3.2工况的设定

两轮摩托车车架分析中需要模拟三种典型载荷：车架前轮受水平冲击力F0的工况；车架后轮受路面垂直冲击力F z的工况；后乘座受垂直向下载荷F s的工况。

载荷的计算：

式中：

G——摩托车整备质量（kg）

K——修正常数，骑式车取

160-190，踏板车和弯梁车去130-160。

g——重力加速度

Ψ——轮胎与地面峰值附着系数

载荷的模拟：

a）水平工况：通过在前轮轴心处施加水平方向的载荷，模拟摩托车在急刹车和

经过上台阶时车架收到的冲击；如图6

图6水平工况下的边界条件

b）竖直工况：通过在后轮轴心处施加竖直向上的载荷，模拟摩托车下台阶时车架收到的冲击；如图7

图7竖直工况下的边界条件

c）重载工况：通过在坐垫位置施加竖直向下的载荷，模拟摩托车行驶过程中乘员和货物对车架的冲击；如图8

图8重载工况下的边界条件

3.3结果分析

根据车架的应力分布云图（例如图9），考察车架上应力集中明显位置的应力情况提取应力值，分析其可能产生的原因，提取该位置应力值并与该部分所用材料的屈服强度进行比较，判断车架是否会发生屈服破坏，计算该处的安全系数，并汇总成表格（例如表2）。

然后针对强度不满足要求的结构提出改进建议，并与设计人员协商沟通，确定合理的改进建议。将改完的模型再导入进行验算，直至车架整体安全系数达到指标要求，即安全系数大于1.5。

表2各工况下车架的安全系数

工况最大应力/MPa位置屈服强度/MPa安全系数指标结论

水平工况163车头管245 1.5≥1.5

不合格132吊挂板175 1.33≥1.5

竖直工况417吊挂板175可能断裂≥1.5

不合格255主弯管215屈服≥1.5

重载工况169吊挂板175 1.04≥1.5不合格

注：对于焊点位置的局部应力过大，可能由于网格焊接造成的不正常应力，可修改焊接方式

或隐藏该部位的局部网格以消除不合理应力。

图9踏板车应力分布云图编制：何强福