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螺栓连接镁车架的有限元分析与结构优化
| 论文题名： | 螺栓连接镁车架的有限元分析与结构优化 |
| 关键词： | 镁车架;螺栓连接;疲劳分析;有限元法;电动自行车;结构优化 |
| 摘要： | 镁合金电动自行车架经过初步的结构设计，具备轻量化、节能、环保等优点；但是，由于原有镁合金电动自行车架鞍座部分拟用压铸工艺成型，而鞍座部分结构十分复杂，将造成铸造模具设计难度大、抽芯装置过多、模具成本高、废料率高等缺点；因此，需对鞍座部分进行结构改进设计，并考虑两部分鞍座用螺栓连接的方式联结。 本课题与四川某公司合作，对本课题组原有镁合金电动自行车架进行结构优化，为车架的具体产品成型打下基础。 于是，按照相关强度、疲劳设计准则，对原镁合金电动自行车架进行改进设计，并创造性的将螺栓连接应用于镁合金连接，完成了优化改进后的镁合金电动自行车架的三维结构设计；然后，根据电动自行车架的服役力学模型，在充分考虑螺栓与镁车架之间接触的基础上，建立了新型镁车架的有限元模型并完成有限元分析；完成了新镁车架的静力分析、模态分析和疲劳分析，其中在静力分析部分，着重探讨了螺栓预紧力对车架和螺杆应力结果的影响；完成了空载下的模态分析和预应力情况下模态分析；尤其是疲劳分析部分对不锈钢螺栓与镁车架之间由于接触导致的疲劳寿命的变化，做了较为细致的计算分析。 本论文的主要结论有： ①根据原镁合金电动自行车架的结构，利用Pro/E三维建模软件建立了新型带螺栓连接的三维车架模型，车架主体材料为镁合金，螺栓材料选用不锈钢； ②根据电动自行车架的服役工况和国家标准，建立了新型镁车架的服役力学模型，并充分考虑镁车架与螺栓之间的接触关系，利用ANSYS Workbench有限元软件和校核标准分析了车架静载工况。计算结果表明：螺栓杆直径为7mm，且螺栓预紧力在5000N以下时，镁车架和螺栓连接结构区域的静强度结果符合要求； ③利用ANSYS Workbench有限元分析软件，根据新型镁车架的服役力学模型进行了模态分析。分析结果表明：预应力模态最低阶固有频率为96.5赫兹，远高于电动车正常服役时动态激振频率，表明镁车架正常服役时不会引起共振，能保证驾驶的舒适性； ④综合运用ANSYS Workbench、ANSYS/FE-SAFE、ANSYS有限元软件，对新型螺栓结构镁车架进行了疲劳计算。疲劳结果表明：车架总体疲劳寿命大于100000次，符合国家标准； ⑤建立了六组不同情况下的螺栓接头形式，并通过盐水浸泡试验验证各接头的腐蚀特性，并区别讨论了不同接头形式下的腐蚀结果。 |
| 作者： | 郭云春 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 游国强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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