摩托车车架可靠性分析

摩托车车架可靠性分析
摘要：对摩托车车架进行可靠性分析对保障驾驶者的生命安全，提高企业的声誉有着重要的作用。

本文分别通过Steinberg三区间法和MSC.Fatigue有限元分析软件分析计算摩托车车架的疲劳寿命，得到摩托车车架的可靠性分析结果。

关键词：摩托车车架；三区间法；有限元
1.基于Steinberg三区间法车架的疲劳分析
摩托车车架在摩托车长期的行驶中每时每刻都会受到疲劳破坏作用，最开始是在某个局部小范围内出现裂纹，然后由于摩托车长期的使用，车架的裂纹会逐步的扩散，直至钢管的断裂，情况严重时会给驾驶员的生命造成伤害，因此对摩托车车架的疲劳分析和对其进行寿命预测是分析摩托车车架可靠性的重要因素。

1.1.疲劳分析的相关概念
疲劳是设备部件在其最大临界状态以内重复性的受到可以容许的力的作用而出现小范围内断裂的现象。

作用力的大小、变化幅度、受力点的位置变化以及受力的次数都是影响设备部件疲劳的主要因素。

通常在设备部件疲劳设计的相关问题研究中需要测定各种材料的P-S-N曲线和对应的疲劳极限。

1.2.摩托车车架疲劳失效理论
设备部件在载荷的作用下会有一次失效、寿命失效和累计损伤失效这三种失效形式。

本文研究摩托车车架的疲劳失效主要考虑车架的累计损伤失效。

由于车架的受力是随机的过程，因此进行疲劳损害计算比较困难，为了简化过程，本文采用Steinberg的三区间法计算车架的疲劳损害，即车架在68%情况下，受力值区间为；在95.4%的情况下，受力值区间为；99.73%的情况下，受力值区间为。

因此就可以结合miner方法进行疲劳累计计算。

Miner是基于受力幅度的大小是固定值的情况下，假设材料在某个固定受力幅度i的情况下材料的寿命为Pi，在随机受力情况下，材料进行了pi次受力实验（pi，1，所以摩托车车架受到疲劳损害，并且已经被破坏了结构。

该方法虽然简单易行，但是只能机械判断在一定作用力下车架是否已经因为疲劳而被损坏，而不能具体算出车架的使用寿命。

2.摩托车车架疲劳寿命的有限元分析
2.1.摩托车车架有限元建模
假设某车架的材料为Q235，加入前后减震器、发动机的简化单元，共包含46476个板壳单元，46076个节点单元。

车架的有限元模型如图2.1所示。

2.2.摩托车车架材料参数和路面载荷参数
车架的损坏程度取决于材料的本身机械性能和摩托车各个部件对其的作用力的大小。

Q235材料的各个属性参数可以根据有关资料整理得出：抗拉强度为439MPa，疲劳比为0.048，疲劳极限平均值为210MPa，疲劳极限方差为7.8MPa，变异系数为0.037，得出车架材料疲劳极限值为181.1MPa。

国内外通常设计车架都应用材料自身的S-N曲线，重点保障材料疲劳裂纹刚出现的寿命的安全寿命方法，本文再结合MSC.Fatigue有限元分析软件研究车架的疲劳损害。

由于摩托车在驾驶的过程中受到一部分来自于路面的冲击力，不同的路面对摩托车车架的冲击各有不同，单元的假设固定的路面冲击力载荷谱不利于与摩托车实际驾驶情况接轨，首先通过道路模拟试验机进行迭代得出摩托车行驶中受到的冲击力载荷，这样才能使模型的结果更加的准确。

2.3.车架疲劳寿命有限元分析计算
将摩托车车架材料Q235材料的各个疲劳属性、车架受到的作用力值和载荷的随机变化时间曲线输入MSC.Fatigue有限元分析软件，可以得到趋于实际路况的摩托车疲劳寿命有限元分析图2.3。

根据该摩托车车架的疲劳寿命有限元分析图可以看出该摩托车车架的最小寿命值为最底层浅蓝色条纹对应值5.20，即105.2也就是说该摩托车在正常驾驶的情况下摩托车车架的使用寿命为15.9万公里。

该方法结合实际路况和车架的材料属性能精确地计算出摩托车车架的实际使用寿命，但是计算的结果受到摩托车车架的建模方法和建模约束条件的选取。

3. 小结
随着人们生活水平的提高，摩托车的普及率大幅度的提高，尤其是在广大的农村。

虽然现在农村的路况有了大幅度的改善，但是仍然有相当一大部分的机耕道的存在，再加上随着发动机的发展对车架产生更大幅的激动力，这些都严重考验摩托车车架的可靠性。

摩托车车架的疲劳寿命直接反应出车架的可靠性，生产厂家对摩托车车架进行疲劳寿命试验，提高车架的可靠性，不仅能保障驾驶者的生命安全，同时也能为品牌树立良好的形象。

参考文献：
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