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某摩托车车架结构抗疲劳轻量化设计
| 论文题名： | 某摩托车车架结构抗疲劳轻量化设计 |
| 关键词： | 摩托车车架;振动疲劳;轻量化;有限元模型 |
| 摘要： | 摩托车作为常用于承载及运输的交通工具，其疲劳性能是整车设计中需要考虑的重要问题。摩托车车架在各种行驶工况下所受的应力十分复杂，其疲劳性能的好坏直接影响到整车寿命。另外，对占整车质量比重较大的车架进行轻量化设计有助于节能减排，符合低碳社会的倡导。因此采用多目标优化设计的方式对摩托车车架结构进行抗疲劳轻量化设计显得尤为重要。 本文以企业某款摩托车为研究对象，基于尺寸优化的方式，以车架质量最低寿命最长为目标进行多目标优化设计，其主要内容如下： （1）建立车架有限元模型，通过试验与仿真对比的方式验证模型的准确性，并基于此模型获取车架的动态特性。根据车架疲劳试验标准中各工况规定获取车架试验载荷，进行车架静态性能分析。并以此为约束，以车架部件尺寸为优化变量，进行车架轻量化设计，最终获得的轻量化车架较优化前质量下降了6.7%。 （2）将车架视作柔性体，其余视作刚体，在Adams中建立刚柔耦合模型。以50km/h工况对应的发动机台架试验实测信号与Simulink所构建的B级路面时域信号为激励，在Adams中进行动力学仿真，将输出信号转换到频域内，获得了发动机悬置处及前后车轮处的加速度PSD谱。依托名义应力法，结合材料P-S-N曲线、PSD谱及单位加速度载荷下的有限元频响函数，以Minner疲劳累积损伤准则与临界面法为理论基础，对原始车架及轻量化车架进行了振动疲劳寿命分析，结果表明50km/h工况下原始车架及轻量化车架的行驶里程数分别为192050km和112250km，其中轻量化车架未达到120000km里程数的要求，不满足疲劳性能。 （3）为解决轻量化设计后车架疲劳性能不达标的问题，通过多目标优化设计方式来兼顾车架疲劳及轻量化性能。通过灵敏度分析选取车架待优化部件，采用拉丁超立方设计法对结构进行试验设计，应用精度较高的Kriging代理模型作为多目标优化模型，采用NSGA-Ⅱ算法进行优化求解并进行工程化圆整。结果表明，优化后的车架质量较原车架下降了6.4%，疲劳里程数为213700km。不仅满足了疲劳性能要求，且比原始车架的寿命提高了11.3%。 本文针对某款特定的摩托车进行了抗疲劳轻量化设计，达到了预期效果，其成果对车架的优化设计具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 曹星宇 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 黄泽好;赵志伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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