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电动自行车镁合金车架设计及有限元分析

作 者: 蒲怡冰
导 师: 龙思远
学 校: 重庆大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 电动自行车 镁合金车架 有限元法 疲劳分析 模态分析
分类号: U484
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 97次
引 用: 0次
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内容摘要


电动自行车行业最近十几年的迅猛发展,为人们提供了一种轻便、节能、环保型的交通工具;同时,节能减排,提高性能已经成为当今交通行业发展的一种必然趋势。车架作为电动自行车的核心结构件,采用轻量化材料能显著减少电动自行车的重量,有效地减少电能消耗,提高整车的行驶动态性能和行驶里程。本课题与某公司合作,对一款传统钢结构电动自行车车架进行探索性的材料替代设计,为镁合金在车架上的应用奠定基础。为此,按照原钢结构车架的总体尺寸及装配要求,针对镁车架易于疲劳失效的问题,提出了“型材与压铸过渡构件结合的宏观复合结构设计理念”,对该车型的镁合金车架进行三维设计;然后,建立车架的服役力学模型,并对车架服役工况下的应力、应变变化规律及疲劳寿命分布及服役模态进行有限元分析和校核;最后根据分析结果和成形工艺特点及品质保障要求,完成车架的结构优化设计。本论文研究的主要结论有:①据原电动自行车的人体工程学尺寸、零配件装配及铸造工艺要求,用CATIA进行三维设计,构建了首个挤压型材和铸件宏观复合的镁合金车架三维模型。②立了镁质车架的服役力学模型,根据车架服役的强度和刚度要求,对应力应变及疲劳进行了有限元分析和服役结构优化。优化后的车架最大服役应力低于40 MPa,疲劳寿命10万次以上;刚度满足安全驾乘要求。③于服役力学模型,用有限元方法对镁质车架进行了固有模态分析。结果表明:结构优化后,车架的最低阶固有频率为122.4Hz,高于电动自行车正常服役动态激励频率,表明电动自行车正常服役状态下镁质车架不会出现共振,能保证驾乘舒适性。④据车架的综合性能分析结果和车架的工艺质量要求,对镁合金车架的工艺结构进行了优化设计,优化后的车架重量约为1.8千克,与原钢质车架相比重量减轻了4公斤。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 引言  8-11
  1.2 镁合金在电动自行车上的应用  11-14
    1.2.1 电动自行车的发展及趋势  11-13
    1.2.2 镁合金材料在电动自行车行业的应用  13-14
  1.3 本课题研究目的和内容  14-16
    1.3.1 研究目的  14-15
    1.3.2 研究内容  15-16
2 有限元基本理论  16-24
  2.1 有限元方法来源  16
  2.2 有限元法的基本思想  16-17
  2.3 有限元分析过程  17-22
    2.3.1 离散化基础  17
    2.3.2 有限元分析的一般步骤  17-20
    2.3.3 动力学有限元分析过程  20-22
  2.4 有限元法在车架结构设计中的应用  22-24
3 镁合金电动自行车车架的设计  24-32
  3.1 电动自行车车架的设计原则  24-26
    3.1.1 车架设计的基本原则  24
    3.1.2 合理选择参数设计车架  24-26
  3.2 车架安全设计原则  26-27
  3.3 镁合金电动车车架结构设计  27-32
    3.3.1 镁合金车架的总体尺寸  27-29
    3.3.2 镁合金电动车车架的工艺设计  29-32
4 镁合金车架的服役情况及有限元模型  32-40
  4.1 电动自行车车架服役工况  32-33
  4.2 镁合金车架有限元模型的建立  33-37
    4.2.1 镁合金车架几何模型的简化  33-34
    4.2.2 镁合金车架的网格划分  34-37
    4.2.3 镁合金车架有限元分析的材料设置  37
  4.3 镁合金车架有限元分析的边界条件  37-38
  4.4 疲劳分析  38-39
  4.5 模态分析  39-40
5 镁合金电动车车架的有限元分析  40-54
  5.1 静力学分析结果  40-43
    5.1.1 最大载荷条件下车架的Von-Mises 等效应力  40-42
    5.1.2 强度校核准则  42-43
  5.2 疲劳分析结果  43-46
    5.2.1 疲劳分析校核  43-46
  5.3 刚度分析  46-48
    5.3.1 刚度失效准则  46
    5.3.2 刚度分析结果  46-48
  5.4 模态分析结果  48-54
    5.4.1 路面激励对电动车车架性能的影响  51-54
6 电动自行车车架的结构优化设计及分析  54-66
  6.1 车架结构优化  54-57
  6.2 车架结构优化后的有限元分析结果  57-65
    6.2.1 静力分析  57-59
    6.2.2 疲劳分析  59-60
    6.2.3 刚度分析  60-61
    6.2.4 模态分析  61-64
    6.2.5 过盈配合连接评估  64-65
  6.3 结构优化后的镁合金车架的综合评价  65-66
7 结论和展望  66-68
致谢  68-70
参考文献  70-74
附录  74
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  74

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 其他道路运输工具 > 自行车
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