基于ansys的自行车车架结构有限元分析

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1、基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析摘要：采用有限元分析软件ANSYS对自行车车架的两种不M结构进行分析，并确记结构合理的类型，#•对其进行改进优化，并川ANSYS进行验证。关键词：自行车；车架；结构；ANSYSFiniteelementanalysisforbicycleframebasedonANSYSWANGShunmin(FacultyofAutomotiveengineering,WHUT,wuhan430070,china)Abstract:Usingthefiniteelemen

2、tanalysissoftwareANSYStoanalyzetwodifferentstructureofthebicycleframe,anddeterminethereasonableone，andaccordingtotheanalysisresults,thesharpoptimizationwasaccomplished，withANSYSforverification.Keyvvords:bicycle;frame;structure;optimization自行车从诞生到现在已经有

3、200多年的历史，因为其ft有结构简单、售价低廉、自重轻、维护容易、不需能源、无污染、无噪声、使用方便灵活等优点面独具特色。随着全球现代化的发展，交通拥堵、空气污染、油价上涨等问题日益严重，A行车作为传统的交通工具，在人们的生活屮仍然具有举足轻重的地位。tl行车在日常生活屮使川广泛，而£1行车车架作为£)行车上面主要的承受道路笈杂载尙的作川的部分，对其进行结构的强度和刚度分析在6行车的设计分析屮占有很人比重。由于£)行车受力比较复杂，传统的经验设计有很多的宫0性，不能定量的分析结构强度，很界易造成

4、车架的结构设计不合理以致出现过分的应力集屮。采川奋限元分析软件ANSYS对tl行车车架进行分析，可以在设计初期发现不合力的结构以及可能存在的缺陷。0前市面上最常见的两种车架结构形式如K图1、2所示，分别为“四边形+三角形”和“W三角形”结构的形式，本文通过对这两种车架结构进行分析，确定其中结构合理者，并对其进行改进和优化。1.自行车车架的有限元模型的建立，1.1车架线框和实体模型的建立建立准确、可靠的&行车车架模型足进行有限元分析最重要的步骤之一，首先对tl行车的尺寸数据进行测量，本文主要通过对图

5、片尺寸进行测量，然后乘以相应的比例关系，得到实际车架的数据。本文通过CAT!A软件强人的测景功能分别得到W个车架的來标数据。主要得到车架关键点的碓标数据，包括前义部位、把手、车座、后轮轴部位、脚蹬等部位，以及梁连接点位置，一共包括14个点的坐标值。在ANSYS中进行建模，根据所测得的数据建立模型，得到两个车架结构线框模型分别如图3、4。在建模过程中选择梁单元beam4,桁定材料的弹性模量为2.llEllPa，泊松比为0.3。梁选择圆管类型，内外径分別根据ft行车实际尺寸进行设置。1.2划分网格，设

6、置单元人小为0.005m，对整个模型进行划分。1.3施加边界条件，tl行车在实际的使用过程屮，道路和行驶状况差异很人，受力等边界条件较为S杂，为方便计算，并结介实际情况，对车架受力进行适当等效的简化，木文模拟向行车行车状态下，施加500N的力于坐垫上（即Fz方14加-500N），在脚蹬上施加揚直昀下200N的力，在把手上左右两端分别施加50N的向前的力，在少垫上会有向后的摩擦力，大小为100N。约束条件为：坐垫处全约束，奋:前叉部位和后轮轴部位均约束X方向（与有限元屮坐标系有关，X方M代表车体前进

7、方M的■直方h'd并指IN车轮右侧）。图丨四边形+三角形结构图2两三角形结构阁3四边形+三角形结构模型阁4两三角形结构模型2分析结果通过对两模型车架的有限元计算，得到应力分布阁、最大应力阁分別为阁5、6。IXTC)Q09713阁5四边形+三角形结构应力及S大应力阁对比两结果可看出，车架所受到的最大应力值均出现在了叱垫下座管与后下义接头处,J1大小均为42.3MPa,同吋也可看出四边形+三角形的组合最大变形达到9.71mm,而两三角形组合最大变形只有4.37mm。可见两三角形的结构更稳定。但是我们也

8、看出，应力最大处正好是应力集中的地方。3改进方案并比较阁6两三角形结构应力阁和敁人应力阁为减少应力集中区域，我对两三角形结构捉出两种改进方案：1）加粗坐热下座管；由丌始的外税为32mm增加到38mm，得到有限元模型分析结果如阁，最人成力为29.3MPa,最人位移为2.64mm，效果得以改善。图7加粗下座管应力图图8减小后连接杆角度并加三角形结构应力图2）将与下叉臂连接杆左端叫上移动以减小应力集中，同吋在车后轮处加装三角形结构。将下叉臂连接杆左端上移45°，丼加三角形结构，得到有限元