3基于hyperstudy的摩托车振动特性优化分析

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1、Altair2013技术大会论文集基于HyperStudy的摩托车振动特性优化分析OptimizationofDynamicCharacteristicsofMotorcycleFrameUsingHyperStudy陈亚娟贾志超（中国嘉陵工业股份有限公司技术中心重庆401332）摘要：本文应用HyperMesh软件建立了某款摩托车车架频率响应有限元分析模型，在此基础上，以车架主要管件、加强板、连接板的壁厚为设计参数，以车架强度和重量为约束条件，以车架关注区域的振动加速度为目标函数，采用HyperStudy软件对车架进行动态特性优化分析，以减少了摩托车的振动，从而为结构改进提供重

2、要的理论依据。关键词：摩托车车架HyperStudy动态特性优化Abstract:Thispaperestablishesafiniteelement(FE)modelofmotorcycleframefrequencyresponseusingHyperMeshsoftware.Basedonthis,optimizationofdynamiccharacteristicsisconductedwiththethicknessofthemainpartsasdesignvariables,strengthandweightasconstraints,andvibrationac

3、celerationsasobjectivesusingHyperStudysoftware.Thusthevibrationofthewholemotorcycleisreduced.Thismethodwillprovidetheoreticguidanceforstructuraldesign.Keywords：Motorcycleframe，HyperStudy，dynamiccharacteristics，optimization1引言摩托车车架是关系整车性能好坏的关键部件之一，其主要功能不仅用于固定及支撑车辆的发动机、传动系统和悬架系统以及其它相关元件等，还起着抑制来

4、自前后车轮的各种负荷所引起的扭曲变形以及对骑乘人员提供良好的操纵稳定性和骑乘舒适性等作用。目前对车架的结构设计不仅要求具有足够的强度和适当的刚度，还要求具备优良的动态特性。因此，开展摩托车车架结构优化，从而提高摩托车整车舒适性具有重要的工程价值和意义。本文以公司的某款摩托车车架作为分析对象，在简化车架3D模型的情况下，首先应用HyperMesh软件建立车架的频率响应有限元分析模型，在此基础上，以车架管件的壁厚、主要加强板及连接板的壁厚作为设计变量，以车架质量及在各分析频率下的强度作为约束条件，以车架在关注区域的振动加速度作为目标函数，采用HyperStudy专业优化分析软件对结构

5、参数进行优化计算，以寻找更好的结构设计方案。并对优化前后两种车架设计方案进行频率响应分析验证优化方案的可行性。2车架频率响应分析2.1有限元模型的建立该摩托车车架是由各种截面尺寸的管梁及等壁厚的加强板焊接而成的，目前通常采用梁单元和-1-Altair2013技术大会论文集壳单元进行结构离散。为了准确反映车架结构的动态特性，本文采用壳单元离散车架构件。在建立振动分析模型时除了建立车架的模型之外，还必须建立包括发动机、前后悬架、乘员等的模型，即必须考虑摩托车各部件对振动的影响，其中前后减震采用BUSH单元模拟；并且都处于自由状态；发动机、乘员、油箱、手把平衡块都采用集中质量与几何模型

6、对应的质心来模拟；消声器采用分段梁单元模拟；脚蹬采用与提供的几何模型等价刚度的梁单元组模拟。由此建立的车架频率响应有限元模型如图1所示：图1摩托车频率响应有限元分析模型2.2频率响应分析的初始条件频率响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦规律变化载荷时的稳态响应的一种技术。任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应。影响摩托车振动的因素有路面不平度的随机激励力、发动机的牵引力和惯性载荷等产生的惯性力等，而最主要的激励来自发动机，其中主要是一阶往复惯性力。发动机激励可以通过多体动力学进行求解，按照实际工况约束，分别在曲轴的转速范围内施加转速条件，求解发动机质心处的支反

7、力及力矩，其所获得的各方向惯性力和旋转惯性力作为频率响应分析的输入条件。考查发动机引起的摩托车振动，在对整车进行约束边界条件的定义时，以台架试验系统约束为参考，假设前后轮在运动中没有脱离地面，同时假设整车在发动机激励的整个过程中不偏离车架竖直平面，即不发生侧偏。在频率响应分析时，每隔1Hz作为一个输出结果，分别获取左右手把、左右主脚蹬、后尾的振动加速度。3摩托车车架优化的数学模型结构优化分析是指在给定系统描述和目标函数下，选取一组设计变量，使其目标函数最大或者最小。优化设计主要包