摩托车车架模态、刚度Nastran优化实例

摩托车车架模态、刚度Nastran优化实例　　一、前言　　Nastran是一款性能优越的有限元结构仿真软件，能有效地进行结构的动力学、静力学计算。摩托车车架的模态、刚度性能是非常重要的性能指标，影响到

Nastran 摩托车车架模态、刚度优化实例 一、前言 Nastran 是一款性能优越的有限元结构仿真软件，能有效地进行结构的动力学、静力学计算。摩托车车架的模态、刚度性能 是非常重要的性能指标，影响到整车的振动、操纵性能等。一般来讲，摩拖车车架的模态、刚度影响因素很多，各个管件的厚 度、直径对其均有影响。如何在质量最轻化的前提下，优化摩托车车架的模态、刚度，是一个很重要的课题。运用有限元结构 计算软件对摩托车车架进行模态、刚度优化，缩短开发周期，节省开发费用，避免产品在投放市场后再出现质量问题。 本文选取某款踏板车车架，对其模态和刚度进行优化，计算各个管件的壁厚、直径对模态、刚度的灵敏度系数，从而为车 架设计提供依据。 二、基本知识介绍 1. 模态计算方法 NastranSOL103LanczosLanzos 采用模块进行模态分析。主要的计算方法有跟踪法、变换法和方法。其中方法是跟踪法 Lanczos 和变换法的结合，有较好的性能，是推荐的首选方法。它要求质量矩阵为正的半正定矩阵，刚度矩阵对称。方法仅计 算用户所要求的根，有跟踪法的效率而不会丢根，可以精确计算特征值和特征向量。 2. 刚度计算方法 车架的刚度包括车架的弯曲刚度和扭转刚度。弯曲刚度指的是车架结构抵抗弯曲变形的能力，扭转刚度指的是车架结构抵 x 抗扭转变形的能力。车架弯曲刚度的计算方法：首先约束住后摇臂轴孔处三个坐标轴方向位移，再约束转向立管下端方向的 yoz x 自由度。在转向立管的上下端施加一对垂直于平面且大小相等、方向相同的力，力的作用点沿方向产生的位移分别 为和，则车架弯曲刚度为：。 yoz 车架扭转刚度的计算方法：车架处于同样的约束状况下，在立管的上下端施加一对垂直于平面且大小相等、方向相反 x2 的力和，力的作用点沿方向产生的位移分别为和，则车架的扭转刚度为： ，。 3. 优化方法 NastranSOL200 采用模块支持多变量灵敏度与优化分析。 分析类型包括静力分析、正则模态分析、屈曲分析、直接复特征值分析、模态复特征值分析、直接频率响应、模态频率响 应、模态瞬态响应、静气弹分析和振颤分析。 ;; 优化问题的数学描述如下：设计变量：目标函数：满足一 定的约束条件。 三、建立有限元模型 车架的有限元离散方法主要有三种：体单元模拟、壳单元模拟和梁单元模拟。 由于摩托车车架由薄壁管件组成，在厚度方向很薄，采用体单元划分时，在厚度方向实现多单元排布是个难点，而壳单元 (5) 可以调节厚度方向的积分点值默认值为个积分点，因此壳单元比体单元计算更准确。