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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
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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。
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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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