三轮摩托车车架优化设计研究
新技术新工艺２０１４年 第１期
三轮摩托车车架优化设计研究
刘其兵
（陕西工业职业技术学院机械工程学院，陕西成阳７１２０００）
摘 要：应用有限元方法，建立了某款三轮摩托车车架的梁单元分析模型，应用ＭＳＣ．Ｎａｓｔｒａｎ软件，
模拟了车架在极限使用工况下的应力分布情况。在此基础上，以车架的强度为约束条件，车架管梁的截 面尺寸为设计变量，车架质量最小为目标函数，基于专业优化软件ＨｙｐｅｒＳｔｕｄｙ建立了结构优化的数学模
型，并进行了优化计算，从而获得了最佳的结构截面参数，使车架在满足约束条件的前提下，达到了质量
最小的效果，有效地降低了成本。
关键词：有限元；三轮摩托车车架；目标函数；结构优化 中图分类号：ＴＰ ３９１．７２ 文献标志码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ—ｗｈｅｅｌｅｄ Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ Ｆｒａｍｅ Ｉ ｉｕ Ｑｉｂｉｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ ７１２０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＭＳＣ．Ｎａｓｔｒａｎ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｄｏｎｅ ｕｎｄｅｒ ｅｘｔｒｅｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｒ ｅｌｅ— ｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｗｈｅｅｌｅｄ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ ｆｒａｍｅ ｗｉｔｈ ＦＥＡ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｓ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｂａｒｓ ａｓ ｄｅｓｉｇｎ ｖａｒｉａｂｌｅ，ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔ ａｓ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｕｓｉｎｇ ＨｙｐｅｒＳｔｕｄｙ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｔｈｕｓ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ—ｗｅｉｇｈｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｓｔｓ ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，ｔｈｒｅｅ—ｗｈｅｅｌｅｄ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ ｆｒａｍｅ，ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
车架是三轮摩托车主要的承载部件，承受着来
自车内外的各种动、静载荷，故车架应有足够的刚 度、强度、可靠性和使用寿命。传统的设计方法周期
长，且对于设计目标进行定量分析的性能较差口 ］。
如果在产品研发阶段引入ＣＡＥ分析技术，在保证 车架承载能力的前提下，建立一种优化设计车架的
方法，就可以实现结构的轻量化设计，降低开发成 本，提高产品的竞争力。
本文以某款三轮摩托车车架作为研究对象，在
简化车架３Ｄ模型的基础上，应用有限元仿真软件 ＭＳＣ．Ｎａｓｔｒａｎ建立强度分析模型，模拟车架在几种
典型极限使用工况下的应力分布情况，并以车架管 件的截面尺寸（包括管梁矩形截面的边长和壁厚）作
为设计变量、车架的强度作为约束条件、质量最小作
为目标函数，在专业优化软件ＨｙｐｅｒＳｔｕｄｙ平台下 对结构进行优化设计分析，从而获得合理的截面尺
寸，使车架在满足强度使用要求的前提下，实现轻量 化的目标。
１ 车架结构有限元分析
１．１有限元模型 三轮摩托车车架主要由闭口矩形截面梁焊接而 成，通过板簧减振和发动机固定板连接件与发动机、 车轮系统等部件实现装配关系。为兼顾分析时间与
分析精度，建立有限元分析模型之前，首先对车架结
构进行必要的简化，只保留轻量化优化中重点研究
的主体管梁结构。
结构分析中主要采用体单元、壳单元和梁单元 ３种单元进行有限元离散，由于三轮车车架主要由
钢管和钢板焊接而成；因此，常用壳单元和梁单元进
行强度、刚度和模态等力学性能的分析。当单元数
相同时，复杂结构采用壳单元模拟的精度高于梁单 元；但对于简单的管梁结构，２种单元模拟的精度相
似，且应力分布相同。本文根据分析对象的结构特 点，选用梁单元离散车架的主体管梁，这样可以在保
证分析精度的基础上提高优化计算的速度。另外，
发动机连接板和板簧吊耳采用壳单元离散；发动机
和驾驶人采用质量单元ＭＡＳＳ模拟，合理分配到相
应的支撑节点处；前悬挂和后轮轴采用等刚度的杆 单元模拟；并用刚性单元ＭＰＣ实现各部件之间的
连接及运动关系。由此建立的有限元强度分析模型 如图１所示。
《新技术新工艺》设计与计算 新技术新工艺２０１４年 第１期
常为单元的属性和结构的形状；约束条件将结构的
响应限制在允许变化的范围内，一般有尺寸约束和
状态约束（应力、位移和固有频率等）２类约束；目标 函数就是要求的最优化设计性能，是关于设计变量
的函数ｌ＿５＿６＿。优化设计的数学模型可表示如下。
目标函数：
，（ｚ）一ｆ（ｘ１，Ｌｚ２，…，ｚ ） 约束条件：
ｆｇ （ｚ）≤０ Ｊ一１，２，…，ｍ Ｉ ｈ （ｚ）一０ ｋ一１，２，…， ＾
设计变量：
ｚ ≤ ≤ 。 ｉ一１，２，…，７２ 本文优化的目的是实现车架的轻量化，故以车 架的质量最小为目标函数，以车架在３种极限使用
工况下的最大应力值小于材料的许用应力作为约束
条件，以主要管梁的截面尺寸作为设计变量，并且同 时考虑矩形截面的边长和壁厚，确保从全局角度找
到１种最佳的结构尺寸。在兼顾工艺可行性的基础
上，确定了各参数的变化范围（见表１）。该分析中
将上横梁管１、上横梁管２和上横梁管４作为１个
设计变量，将中横梁管、下横梁管１和侧支撑管１、 侧支撑管２作为１个设计变量，将侧支撑管３和下
横梁管２作为１个设计变量。 表１设计变量的变化范围 （ｍｍ）
序号 变化参数 初始值 变化范围
上主梁管长度 上主梁管宽度 上主梁管壁厚 上横梁管１长度 上横梁管１宽度 上横梁管１壁厚 侧梁管长度 侧梁管宽度 侧梁管壁厚 上横梁管３长度 上横梁管３宽度 上横梁管３壁厚 中横梁管长度 中横梁管宽度 中横梁管壁厚 下横梁管２长度 下横梁管２宽度 下横梁管２壁厚 下跨主梁管长度 下跨主梁管宽度 下跨主梁管壁厚 前横管长度 前横管宽度 前横管壁厚 ２．２优化分析计算
在建立上述优化数学模型的基础上，首先，采用
拉丁方试验设计，构造响应面模型，创建数据库；然
后，利用最小二乘法构造响应面；最后，采用自适应
响应面优化方法进行优化，得到各设计变量对约束 条件和目标函数的贡献率和优化结果。
贡献率图表示各设计变量因子影响响应（包括
约束条件和目标函数）的大小并做了大小排列，如图 ５～图８所示分别为设计变量对车架在３种极限工
况下应力和车架质量的影响程度。图中的２４个柱
图分别代表各变化参数。
料 藿 ｝妊（
褂 疆 ｝捱（ 贡献因子
图５ 车架水平弯曲应力的贡献率图
ｌ
贡献因予
图６ 车架极限扭转应力的贡献率图
图７ 车架紧急制动应力的贡献率图 ３０ ２ １ ２５ 鋈２０ 錾１５ 幅１０
５ Ｏ Ｊ
７ ； √： ２０－ｌ ｌ
《新技术新工艺》设计与计算 贡献因子
图８车架质量的贡献率图 ∞ 加 ， ０ 、瓣藿毂
∞ 如 加 Ｏ 一∞∞ ∞∞ ∞ ∞∞ 一∞∞０∞加 ∞∞
¨设计 计算
从车架各贡献率图可知，上主梁管、下横梁管２
和中横梁管各截面参数对车架在水平弯曲工况下的
应力影响比较大；侧梁管各截面参数对车架在极限
扭转工况下的应力影响比较大；上横梁管１和下横
梁管２各截面参数对紧急制动工况下车架的应力影 响比较大；对车架质量影响比较大的因素主要有侧
梁管、上主梁管、下跨主梁管和中横梁管。
优化计算后根据管材的型号选取相应的各管梁
截面尺寸，其优化结果见表２。 表２ 车架管梁截面优化结果 （ｍｍ）
经分析验证，优化后车架在水平弯曲和紧急制
动工况下的应力有所增加，其最大Ｍｉｓｅｓ应力分别
是６８．５和１４５．３ ＭＰａ；车架在极限扭转工况下的应
力有所降低，最大Ｍｉｓｅｓ应力为１５８．３ ＭＰａ。可见 优化后新车架在３种极限工况下的最大应力小于材 料的许用应力，能满足用户的使用要求，并且优化后
车架整体应力分布更趋合理。同时，新车架结构的
质量从原来的７６．２ ｋｇ减到了６７．４ ｋｇ，总质量下降 了８．８ ｋｇ，减轻了１１．５ ，在确保车架可靠性的前
提下，实现了结构轻量化的目标。 ３ 结语
本文采用梁单元对简化后的三轮摩托车车架进 行了结构离散，根据静力学分析的结果，以车架主要
管梁的边长和厚度作为优化参数，以减轻车重为优
化目标，建立了结构优化模型并进行了优化分析计
算，获得了管梁的最佳截面尺寸，在保证车架强度满
足极限承载能力的前提下，优化后车架质量减轻了 １１．５ ，达到了轻量化设计的目标，节约了开发成
本，并对后续新车型的开发具有重要的指导意义。
参考文献
［１］董敬．摩托车结构设计［Ｍ］．北京：人民邮电出版社， １９９７． ［２３毛显红，温彤，聂君臣．基于有限元分析的摩托车车架优 化设计［Ｊ］．小型内燃机与摩托车，２００７，３６（５）：３５—３７． ［３］隋允康，杜家政，彭细荣．ＭＳＣ．Ｎａｓｔｒａｎ有限元动力分 析与优化设计实用教程［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４． ［４］王晋飞，宋少云，程广伟．用有限元法对摩托车车架的分 析［Ｊ］．洛阳工业高等专科学校学报，２００２，１２（１）：２０ ２１． ［５］张胜兰，郑冬黎，郝琪，等．基于ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ的结构优 化设计技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７． ［６］施光燕，董加礼．最优化方法［Ｍ］．北京：高等教育出版 社，１９９９．
作者简介：刘其兵（１９７８），男，硕士，讲师，主任，主要从事机 械制造工艺及装备等方面的研究。 收稿日期：２０１３—０６—１７
责任编辑 吕菁
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星火机床国际科技合作项目通过科技部验收
受国家科技部委托，甘肃省科技厅副厅长毛曼君率专家组到星火机床公司进行《国际科技合作项目
ＣＮＣ４００五轴联动车铣复合加工机床关键技术合作研究项目》验收，并于验收会前组成了由西安理工大学教 授刘宏昭为组长的项目验收组。验收组专家和领导首先深入现场进行了实地考察，在工业园数控装配分厂
生产现场察看了中法合作的ＣＮＣ４００五轴联动车铣复合加工机床的使用情况。星火机床董事长李维谦向 验收组专家领导介绍了该机床的性能、特点、精度及合作生产情况。验收组专家和领导同时参观了该公司研
制生产的人造花岗岩床身的高精度机床和其他数控机床产品。在听取汇报后，经过质询答疑，专家们进行了
认真细致的讨论，最后形成了共识，一致同意该项目成果通过验收。
摘自中国机床网
《新技术新工艺》设计与计算 ５１
试析基于有限元分析的摩托车车架优化设计
InternalCombustionEngine&Parts
0引言
摩托车是一种操作便捷的车辆，在我国城乡经济生活
及运输领域内扮演重要角色，因此探究车辆行车的安全性
具有重要的意义。在实际工程中，有限元法得到广泛应用，
利用有限元对零部件及机械结构的动力学展开分析，从而
优化动态特性，改进优化的结构，促使其成为现代化工程
设计中的主要手段。为提升摩托车的自身安全，本文将利
用有限元分析，探究摩托车车架，并提出改进的方案。1摩托车车架的设计要求
在摩托车中车架是骨架，主要是将发动机和制动系统
等各系统进行相互连接，从而构成整体。车架不仅需承担
静载荷，还需要承受动载荷和冲击荷载。因此在设计摩托
车车架时需要全方位考虑问题。布置车架机构，应该保证
和人机工程学要求相符合，从而提升乘坐的舒适性。另外
还需要保证强度适中，保证重要零件不受到任何破坏，同
时还需要全方面考虑各种道路情况。另外还需要保证刚度
足够，保证车辆在工作的过程中，不会受到任何变形。当刚
度较大，便可影响舒适性，当刚度较低，便可导致操作的稳
定性下降。当车架重量较低，基于强度及刚度情况下，车架
越低，则代表越好。车架振动对操作的稳定性和振动噪声
均可产生较大影响。因此从社会要求出发，必须减轻车辆
的重量。在提升性能的过程中，保证车身重量较轻也是需
要解决的根本问题。现阶段，在运用动态化设计方法及理
论是有效解决结构动力问题，因此需要深入探究摩托车动
态化设计的问题。2基于有限元分析的摩托车车架设计
摩托车的发动机是振源，本次研究的为钢管型车架，
发动机与车间在螺栓下连接，发动机的振动直接传输到车
架。发动机一、二阶惯性频率及车架在同步振动过程中，会
发生共振。现有的摩托车车架前几阶固定频率在发动机的
作用下会发生惯性频率，共振反应的发生率较高。通过对
道路上的摩托车振动情况进行分析，以摩托车发动机的振
源作为角度，对摩托车车架进行模拟频率优化设计，在车
架前几阶固有频率将常用转速的惯性频率规避，实现提升
骨架结构摩托车车架的优点及设计要点
骨架结构摩托车车架的优点及设计要点
摩托车作为一种快速、灵活的交通工具，其车架的设计对于整车的性能和操控性至关重要。其中，骨架结构是一种广泛应用的设计方案。本文将探讨骨架结构摩托车车架的优点，并提供一些设计要点供参考。
首先，骨架结构摩托车车架的优点之一是其轻量化的特性。相比于传统的平板车架，采用骨架结构可以大幅减少车架的重量，提高整车的操控灵活性和加速性能。轻量化的优势使摩托车在转弯和变道时更容易控制，同时减少总重量也可以提高燃油经济性。
其次，骨架结构摩托车车架的刚性强。骨架结构采用多个杆件组成的框架，这种设计使得车架整体刚性增加，能够有效抵抗摩托车在行驶过程中所产生的扭矩和振动。强大的刚性可提高车辆的稳定性和操控性能，使摩托车在高速行驶时更加稳定可靠。
此外，骨架结构摩托车车架的可靠性较高。在这种设计中，车架的各个部件相互连接和支撑，形成一个完整的整体结构，能够分担并扩散摩托车在行驶过程中所受到的冲击和振动力，减轻对部件的磨损和疲劳。因此，相对于其他类型的车架设计，骨架结构具有更好的耐久性和可靠性。
那么，具体到骨架结构摩托车车架的设计要点，以下几个方面需要考虑：
首先，要注意材料的选择。车架材料需要具备足够的强度和刚度，以承受各种力的作用。常用的车架材料包括高强度钢、铝合金和碳纤维等。不同材料具有不同的物理性质和机械性能，根据具体要求选择合适的材料。
其次，需要合理设计车架的结构。骨架结构可以采用多种不同的形式，如单管型、双管型和三管型等。设计时需要考虑到车身的稳定性、振动吸收性和强度要求等因素，选择适合的结构形式，并确保各个部件之间的连接紧密可靠。 同时，要考虑到车架的形状和尺寸。车架的形状和尺寸会影响整车的外观、重心位置和空间利用率。因此，在设计时需要综合考虑车辆的美观性、稳定性和乘坐体验。
此外，还需注重车架的制造工艺和技术。车架的制造需要使用合适的焊接、冲压或铸造工艺，以确保车架的强度和质量符合设计要求。同时，还需要注意车架与其他部件的连接方式和装配过程，以确保整车的一致性和可靠性。
摩托车车架振动控制及优化探讨
摩托车车架振动控制及优化探讨
摘要：综合运用实验与 CAE技术，对某弯梁摩托车主副脚蹬振动平顺性不佳的本质原因进行深入研究，在此基础上，根据相关分析成果，提出一套结构优化方案，以达到降低车辆振动的目的。研究发现，与原有框架比较，该框架在高速时，主支撑系统的谐振特性基本消失，而在高速时，副支撑系统的大幅放大幅度也显著降低，整体振动等级有很大的提高。这一结论对摩托车车架的设计具有一定的指导意义。
关键词：摩托车；车架振动；控制优化
引言
驾驶人员主要根据人体可以直接接触到的部位，比如主、副脚蹬，坐垫，手把等，来对摩托车整体的振动舒适性进行评估。因此，通过改善和优化车身框架，降低车身的谐振，保证车身的平稳性和行驶的平稳性，是一项非常有意义的工作。目前，我国摩托车生产厂家在解决框架振动问题时，多采用“试错”的方式，依靠技术人员的经验，不断地对框架进行修正、调整，其不足之处表现为：修正的方向不清晰，容易造成设计上的盲目性，以及结构修正上的不合理。而采用以上方法的话，则需要花费很长的时间，而且效率很低。随着摩托车消费群体的日益年轻化、个人化，国内外摩托车厂商都在大力发展大排量、高性能摩托车，这对摩托车的振动舒适度、驾驶安全等方面的要求也越来越高。所以，对其进行振动性能的研究是十分必要的。
一、原车振动原因分析与诊断
（一）原车摸底测试
选用 LMS Test. Lab数据采集与分析系统，对原车进行客观的摸底试验，将试验结果用数据进行定量，以便可以对原车的振动异常状况有一个清晰的认识。测试的主要测点为主、副踏板、坐垫、手柄。以整车前进方向（X轴前进方向）、整车垂直向上方向（Z轴前进方向）为摩托的坐标系，所测的是整车在三轴方向上的振动幅度，重点关注垂直方向（Z轴前进方向）的振动幅度。为研究在单一发动机驱动下，在静止状态下，在发动机转速为2000-8000 r/min的情况下，在发动机驱动下，在空档和静止状态下，进行均匀加速试验。
基于有限元的电动摩托车车架设计与优化
基于有限元的电动摩托车车架设计与优化
基于有限元的电动摩托车车架设计与优化是通过有限元分析方法对电动摩托车车架进行设计和优化的过程。有限元分析是一种数值计算方法，它将复杂的物理问题抽象为离散的小单元，然后通过对这些小单元的分析，获得整体物体的性能和行为。
在电动摩托车车架设计过程中，首先需要获取电动摩托车的设计要求和约束条件，如车架的材料、尺寸和负荷等。然后，利用计算机辅助设计软件，将车架的三维几何模型建立起来。接下来，将车架模型离散化为多个有限元单元，并设置边界条件和载荷条件。
在有限元分析中，通常采用有限元方法来近似解决方程组。通过对有限元模型施加相应的荷载，可以计算出每个有限元单元的位移、应变和应力。根据这些结果，可以评估车架的刚度、强度和失稳性等性能指标，并检查是否符合设计要求。
在车架设计和优化过程中，可以通过调整车架的几何形状、使用不同的材料或进行结构参数优化等方法来改善车架的性能。通过反复进行有限元分析和优化，最终得到一个优化的电动摩托车车架设计方案。
通过基于有限元的车架设计和优化，可以提高电动摩托车的性能和安全性，减轻车架的重量，提高整车的能效和操控性。同时，也可以降低车架的成本和生产周期，提高生产效率。因此，基于有限元的电动摩托车车架设计与优化在电动摩托车研发中具有重要的应用价值。
正三轮摩托车车架有限元分析与轻量化设计
正三轮摩托车车架有限元分析与轻量化设计
杨方媛;王利娟;涂奎
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2018(000)005
【摘 要】车架不仅要求足够的强度和刚度,而且需要最大限度减轻其自重,以提高整车的动力性和经济性.对于以货运为主的三轮摩托车,车架自身质量占整车质量的比例较大,因此减轻车架自重对三轮摩托车的轻量化研究具有重要意义.本文选用一款货用三轮车为分析对象,对现有车架建立FE模型并进行试验验证,结合有限元分析手段解决减重与强度之间的矛盾问题,得出以80％用户实际使用情况为边界条件的轻量化车架.
【总页数】4页(P52-55)
【作 者】杨方媛;王利娟;涂奎
【作者单位】隆鑫通用动力股份有限公司技术中心,重庆 400052;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心,重庆 400052;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心,重庆
400052
【正文语种】中 文
【中图分类】TH122
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基于有限元的电动摩托车车架设计与优化 2
基于有限元的电动摩托车车架设计与优化
随着电动车辆的快速发展，电动摩托车成为人们出行的一种新选择。在电动摩托车的设计与制造过程中，车架设计是重要的一部分。有限元分析方法被广泛应用于车架设计与优化中。本文将介绍基于有限元的电动摩托车车架设计与优化的方法和过程。
首先，车架设计需要考虑电动摩托车的结构强度和刚度。通过有限元分析可以确定车架的受力情况，并为优化提供依据。在有限元分析中，将车架模型化为有限数量的单元，计算每个单元的受力，并通过单元之间的连续性边界条件来计算整个车架的受力分布。通过这种方法可以评估车架在不同受力情况下的强度和刚度。
其次，车架优化需要考虑多种因素，包括结构强度、刚度、重量和制造成本等。通过有限元分析可以评估不同设计参数对车架性能的影响，从而优化车架的设计。例如，可以通过增加材料的厚度或改变材料的类型来提高车架的强度和刚度。另外，还可以通过优化结构形式或减少冗余部分来降低车架的重量。通过优化车架的设计，可以提高车辆的整体性能和驾驶体验。
最后，车架设计与优化还需要考虑制造的可行性和成本。有限元分析可以评估不同设计参数对制造成本的影响，并提供优化建议。例如，通过减少零件数量或优化材料使用可以降低制造成本。
总结起来，基于有限元的电动摩托车车架设计与优化是一个综合性的工程过程。通过有限元分析可以评估车架的结构强度和刚度，并提供优化建议。通过优化车架的设计可以提高车辆的整体性能和驾驶体验。最后，还需要考虑车架设计的制造可行性和成本。这些步骤的完整执行将有助于设计出高性能、高可靠性且经济实惠的电动摩托车车架。
摩托车车架的动态特性分析及减振优化研究
摩托车车架的动态特性分析及减振优化研究
摘要：摩托车的车架是摩托车的躯干，摩托车的车架结构会直接的影响到整个摩托车的力学特征。文章针对125型跨骑式摩托车车架构建了有限元分析模型，并对该摩托车车架的动态性能进行分析，发现车架中存在的问题，最后针对所发现的问题，提出了对摩托车车架结构的固有频率进行调节的方法。
1.引言
摩托车在高速行驶的过程中，其结构强度的设计可以满足安全性要求，但是摩托车结构的动态性能有时在设计的过程中考虑的不够全面，这又会对摩托车乘坐的舒适度产生一定的影响。摩托车的车架是摩托车的躯干，是摩托车结构的必不可少的支撑结构和最重要的组成部分，摩托车的车架结构会直接的影响到整个摩托车的力学特征，摩托车车架的性能会对摩托车的动态性能产生较为直接的影响，因此有必要对摩托车车架的动态性能进行分析，以此来达到摩托车减震优化的目地。
防止摩托车的车架出现共振的情况是提升摩托车动态性能的关键，同样也是缓解摩托车震动的一个关键所在。因此，本文通过分析研究摩托车车架的动态性能，从中找出摩托车车架在结构动力学上的不足，并针对所发现的不足进行科学合理的修正和完善，希望可以对提高摩托车车架的动态性能的提高有一定的实践意义。
2.摩托车车架的动态特性分析
有限元分析（FEA，Finite ElementAnalysis）利用数学近似的方法对真实的物理系统进行模拟分析。其主要思路是利用简单而又相互作用的元素（即单元）去逼近无限未知量的真实系统。随着云计算技术和计算算法的不断提升，有限元分析方法在工业工程设计领域的应用已经越来越普遍，有限元分析方法现今成为一种解决复杂工程分析计算问题的有效途径，其在机械设计、材料加工、航天航空、汽车、建筑、电子、国防、船舶以及石油等各个领域得到了的广泛研究使用。
在分析摩托车的结构分析时，需要进行结构的静态和动态分析，对摩托车结构的动态分析的首要步骤就是进行模态分析。所谓模态分析就是求出系统模态特性，然后再施加初始条件和激振力，最终求出系统迫振响应结果，分析得到的主要结果包含振动结构上关心点的位移、应力、应变等。
轿车化三轮摩托车的设计分析
重庆工学院毕业论文 目录
目 录
摘 要.......................................................................................................................... I
Abstract ......................................................................................................................... II
1 绪 论...................................................................................................................... 1
1.1 本课题国内外的研究现状分析..................................................................... 1
1.2 设计理念......................................................................................................... 3
2 摩托车总体设计...................................................................................................... 5
2.1 总体选型设计.................................................................................................. 5
摩托车车架的最优化设计
摩托车车架的最优化设计
刘建中
【期刊名称】《摩托车技术》
【年(卷),期】1994(000)002
【总页数】5页(P1-5)
【作 者】刘建中
【作者单位】无
【正文语种】中 文
【中图分类】U483
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1.试析基于有限元分析的摩托车车架优化设计 [J], 康仕彬
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4.基于振动控制的摩托车车架结构优化 [J], 雷鹏;黄国鹏;贾志超;刘进伟;谭礼斌
5.基于代理模型的摩托车车架轻量化研究 [J], 戴濱州
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摩托车车架的模态分析及优化
摩托车车架的模态分析及优化
作者：黄欣贺建民陈松
我国是摩托车生产和消费的大国.随着摩托车产销量的增长和市场竞争的日益激烈，摩托车已从卖方市场向买方市场转化，人们对摩托车的选择余地增大，对其安全性、舒适性等性能的要求也越来越高，但我国对摩托车整车、车架的研究、设计和开发水平相对较低，国产摩托车仍是以模仿为主，大多数摩托车企业仍停留在外观的改进设计或车架静强度的测试，对车架的动态特性研究较少，正处于逐步重视阶段.而车架作为一个弹性承载体，在行驶过程中会受到显著的外部激励，其动态特性直接影响整车的行驶安全性和骑乘舒适性.因此，深人研究摩托车车架的动态特性，合理进行结构的动态修改，是设计的一个重要环节.
目前对车架的动态特性研究主要有2种方法:有限元法和实验模态分析方法，其中实验模态分析方法应用较多.虽然实验模态分析方法可以准确地测量出各阶模态，但是该方法无法对车架模型进行变参数训算，由测点所表达的模态振型也没有有限元模型形象.随着计算机技术的飞速发展，现代CAD/CAE技术发展迅速，大量的有限元软件不断涌现，并广泛应用到工程分析中，极大地推动了工程结构动态特性的研究本文中首先用大型有限元软件MSC . Nashan对摩托车车架进行了模态分析，得出固有频率和振型，并和实验结果对比分析，证实了2种方法的结合能更有效地研究结构的动态特性，然后选择设计参数中对重量灵敏度系数较大的结构参数为设计变量，以前3阶固有频率为约束条件，进行车架的减重优化.
1车架有限元模型的建立。
某型摩托车车架为低跨式车架，大部分由钢管和钢板焊接而成，主要由转向立管、主管、左右后管、及发动机支撑组成.车架作为摩托车的骨架，将发动机、传动部分、行车部分、操纵部分等有机地连结在一起，构成一个整体，是一个大型的受力构件，不仅要求有足够强度和刚度，在重量、造型、稳定性、舒适性等方面也要有相应的要求，因此设计时必须综合考虑.
在几何建模过程中，应适当简化非重要的结构，影响车架动态特性显著的主要结构应尽量与原结构保持一致.考虑到结构中管厚与管长、板厚与板长相比很小，因此先将几何模型抽取外表面，并进行一些几何修补和几何清理，然后在MSC . Patcan中用shell单元进行网格划分.发动机支撑处加强杆用beam单元进行模拟，梁板单元采用多点约束进行连接.在整个网格划分过程中始终遵从以下原则:①几何形状规则的部件采用映射网格划分，保证较高的网格质量;②控制有限元网格的粗细，在关键区域要适当加密网格，关键区域和非关键区域之间的单元密度要逐渐变化;③尽量减少三角形单元的数量;④控制单元边长比在I-3，并避免单元内角大于1800的畸形单元;⑤部件之间的焊接采用在焊缝上合并节点进行模拟，由于几何不协调使得网格划分困难的个别连接部分也可采用多点约束进行连接.