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摩托車(chē)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，外界載荷的作用復(fù)雜、多變，人、車(chē)、環(huán)境三位一體的相互作用，致使摩托車(chē)力學(xué)模型的建立、分析、求解始終是一個(gè)難題。目前人們常通過(guò)靜態(tài)CAE技術(shù)對(duì)車(chē)架進(jìn)行有限元分析，并對(duì)結(jié)果乘以動(dòng)載安全系數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)車(chē)架的強(qiáng)度，或者再結(jié)合模態(tài)參數(shù)和激勵(lì)的頻譜進(jìn)行車(chē)架的動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)。這在一定程度上能預(yù)測(cè)車(chē)架的強(qiáng)度問(wèn)題，但不能真實(shí)的反映摩托車(chē)工作過(guò)程的應(yīng)力變化，也不利于改進(jìn)設(shè)計(jì)。應(yīng)用ANSYS，LS-DYNA，VPG，ANA等有限元軟件建立摩托車(chē)整車(chē)的有限元分析模型，對(duì)摩托車(chē)整車(chē)進(jìn)行工作過(guò)程瞬態(tài)仿真分析，計(jì)算了摩托車(chē)主要結(jié)構(gòu)部件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，為摩托車(chē)車(chē)架的強(qiáng)度評(píng)價(jià)和改進(jìn)提供了一種新思路。
研究的摩托車(chē)為一款越野車(chē)，其主要承載結(jié)構(gòu)包括車(chē)架和后擺臂，在進(jìn)行有限元分析時(shí)，車(chē)架、后擺臂和方向架采用了殼單元，單元網(wǎng)格劃分的基本尺寸是8mm。因?yàn)檫B接部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了保證單元質(zhì)量和計(jì)算精度，局部單元尺寸有所減少，摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)一般與車(chē)架剛性連接，發(fā)動(dòng)機(jī)本身也是一個(gè)剛度很大的部件，安裝發(fā)動(dòng)機(jī)后在實(shí)際中對(duì)車(chē)架前半部的強(qiáng)度和剛度都有大幅度的提高，所以在分析車(chē)架時(shí)，必須考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。本研究中發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化為一個(gè)質(zhì)量單元(MASS166)，質(zhì)量為35kg，位于發(fā)動(dòng)機(jī)的重心位置，它與車(chē)架通過(guò)梁?jiǎn)卧?BEAM161)進(jìn)行連接，摩托車(chē)前懸和后懸采用了彈簧阻尼單元(COMBI165 Spring Damper)。摩托車(chē)有限元模型如圖，摩托車(chē)整車(chē)共有19553個(gè)節(jié)點(diǎn)，18878個(gè)單元，其中包括：14260個(gè)殼單元、3個(gè)彈簧單元、3個(gè)阻尼單元、7個(gè)旋轉(zhuǎn)鉸鏈單元、3506個(gè)實(shí)體單元、1090個(gè)梁?jiǎn)卧?個(gè)質(zhì)量單元。
LS-DYNA是世界上最著名的通用顯式動(dòng)力分析程序，能夠模擬真實(shí)世界的各種復(fù)雜問(wèn)題，特別適合求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性動(dòng)力沖擊問(wèn)題，同時(shí)可以求解傳熱、流體及流固耦合問(wèn)題。在工程應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可為最佳的分析軟件包。為了分析摩托車(chē)整車(chē)在特殊工況下的瞬態(tài)應(yīng)力分布情況，采用了LS-DYNA求解器對(duì)整車(chē)進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)力學(xué)分析。首先，分析了3個(gè)成員載荷下摩托車(chē)在C級(jí)路面下的瞬態(tài)響應(yīng)，并且C級(jí)上設(shè)置了一個(gè)寬為10mm、深為10mm的凹坑；其次，考慮到常見(jiàn)的凸包路面下的特殊工況，分析了一個(gè)成員載荷下摩托車(chē)在過(guò)凸包路面時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)。載荷條件如下表所示，如圖所示為摩托車(chē)整車(chē)在3個(gè)成員載荷作用下、在C級(jí)路面上以70km/h的車(chē)速行駛時(shí)某一時(shí)刻整車(chē)的應(yīng)力分布云圖，其應(yīng)力較大區(qū)域出現(xiàn)在車(chē)架的主板和后減振器安裝支耳以及后搖臂的支耳附近。從圖中可以看出，車(chē)架和后搖臂是摩托車(chē)的主要承載部件，且應(yīng)力較大區(qū)域主要集中在車(chē)架與后搖臂的連接處，與實(shí)際情況相符，如圖所示，曲線A、曲線B、曲線C分別為圖中后減振器安裝支耳、主板后懸安裝部位和后搖臂支耳附近單元的動(dòng)態(tài)應(yīng)力時(shí)間歷程，從圖中曲線形狀可知，在前車(chē)架在動(dòng)載作用下逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)最大應(yīng)力出現(xiàn)在主板后懸安裝部位；在5s時(shí)，摩托車(chē)在過(guò)此凹坑時(shí)出現(xiàn)了應(yīng)力峰值，由曲線C，在過(guò)C級(jí)路面時(shí)摩托車(chē)達(dá)到平衡狀態(tài)后的最大應(yīng)力值在200MPa左右，并沒(méi)有超過(guò)其許用應(yīng)力值，符合強(qiáng)度要求。
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