基于结构优化方法的摩托车整车轻量化研究

作     者：孙小园 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘嘉敏

授予年度：2012年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：轻量化 摩托车车架 结构改进 坐垫底板 结构优化 

摘      要：摩托车作为助力交通工具代表之一，因其经济实用和方便快捷长久以来受到广大消费者的欢迎。摩托车重量减轻后，摩托车的加速性、车辆控制稳定性、噪音、振动等都会有所改善，这对于摩托车性能的改善来说都是至关重要的。因此，轻量化技术在摩托车方面的应用有很强的实用意义。摩托车的轻量化研究通俗来讲就是减轻摩托车的自身重量，即在现有科学技术发展的情况下，运用现代设计方法、理念或新型材料等在确保构件各项性能指标不变的前提下，尽量减轻结构的自身重量，以达到节能，环保并提高使用性能的目的。 论文论述了结构优化设计的研究概况以及结构优化技术在轻量化研究中的应用，在深入总结结构优化技术基本理论和方法的基础上，以摩托车整车结构为依托，采用有限元软件对摩托车车架及坐垫底板这两部分结构进行结构优化设计，降低整车的重量，实现轻量化，提高摩托车动力性能。 以某型号摩托车车架为例，首先，采用ANSYS Workbench软件对摩托车车架结构进行模态分析，考察车架的动态性能，并根据分析结果确定结构的改进方案;其次，以摩托车车架主要受力构件的截面尺寸为设计变量进行尺寸优化设计;最后，根据优化结果对模型进行重构，并对其进行刚度、强度等性能参数的校核。 以某型号摩托车坐垫底板为例，基于Altair OptiStruct软件平台，以结构总体积最小为目标，采用拓扑优化与形貌优化相结合的方法对坐垫底板结构进行优化设计，去除部分多余的材料，实现了轻量化的目标。 将有限元法引入到摩托车的设计和研究中，不仅可以对车辆结构进行静态或动态情况下的强度、刚度分析，还可以在保证结构强度/刚度要求的前提下，得到构件的最佳尺寸或是最佳材料分布方式。这样，既可以达到节省材料、降低成本的目的，还可以在一定程度上减少目标结构的应力集中，对改进摩托车结构具有很好的指导意义。