摩托車車架可靠性分析

摘要：對摩托車車架進行可靠性分析對保障駕駛者的生命安全，提高企業的聲譽有著重要的作用。本文分別通過Steinberg三區間法和MSC.Fatigue有限元分析軟件分析計算摩托車車架的疲勞壽命，得到摩托車車架的可靠性分析結果。

關鍵詞：摩托車車架；三區間法；有限元

1.基于Steinberg三區間法車架的疲勞分析

摩托車車架在摩托車長期的行駛中每時每刻都會受到疲勞破壞作用，最開始是在某個局部小范圍內出現裂紋，然后由于摩托車長期的使用，車架的裂紋會逐步的擴散，直至鋼管的斷裂，情況嚴重時會給駕駛員的生命造成傷害，因此對摩托車車架的疲勞分析和對其進行壽命預測是分析摩托車車架可靠性的重要因素。

1.1.疲勞分析的相關概念

疲勞是設備部件在其最大臨界狀態以內重復性的受到可以容許的力的作用而出現小范圍內斷裂的現象。作用力的大小、變化幅度、受力點的位置變化以及受力的次數都是影響設備部件疲勞的主要因素。通常在設備部件疲勞設計的相關問題研究中需要測定各種材料的P-S-N曲線和對應的疲勞極限。

1.2.摩托車車架疲勞失效理論

設備部件在載荷的作用下會有一次失效、壽命失效和累計損傷失效這三種失效形式。本文研究摩托車車架的疲勞失效主要考慮車架的累計損傷失效。由于車架的受力是隨機的過程，因此進行疲勞損害計算比較困難，為了簡化過程，本文采用Steinberg的三區間法計算車架的疲勞損害，即車架在68%情況下，受力值區間為 ；在95.4%的情況下，受力值區間為 ；99.73%的情況下，受力值區間為 。因此就可以結合miner方法進行疲勞累計計算。Miner是基于受力幅度的大小是固定值的情況下，假設材料在某個固定受力幅度i的情況下材料的壽命為Pi，在隨機受力情況下，材料進行了pi次受力實驗（pi，

其中 是車架受力在不大于 情況下受力次數（0.683tvo）以此類推。 是根據P-S-N曲線查到摩托車車架 受力情況下的壽命。

1.3.摩托車車架的累計疲勞損害計算

假設摩托車車架采用的是Q235鋼，摩托車車架的受力時間為 ，受力振動的頻率 ，因此可以計算得出：

根據以上計算累計疲勞損傷D≈1.04

因為計算出的D>1，所以摩托車車架受到疲勞損害，并且已經被破壞了結構。該方法雖然簡單易行，但是只能機械判斷在一定作用力下車架是否已經因為疲勞而被損壞，而不能具體算出車架的使用壽命。

2.摩托車車架疲勞壽命的有限元分析

2.1.摩托車車架有限元建模

假設某車架的材料為Q235，加入前后減震器、發動機的簡化單元，共包含46476個板殼單元，46076個節點單元。車架的有限元模型如圖2.1所示。

2.2.摩托車車架材料參數和路面載荷參數

車架的損壞程度取決于材料的本身機械性能和摩托車各個部件對其的作用力的大小。Q235材料的各個屬性參數可以根據有關資料整理得出：抗拉強度為439MPa，疲勞比為0.048，疲勞極限平均值為210MPa，疲勞極限方差為7.8MPa，變異系數為0.037，得出車架材料疲勞極限值為181.1MPa。國內外通常設計車架都應用材料自身的S-N曲線，重點保障材料疲勞裂紋剛出現的壽命的安全壽命方法，本文再結合MSC.Fatigue有限元分析軟件研究車架的疲勞損害。由于摩托車在駕駛的過程中受到一部分來自于路面的沖擊力，不同的路面對摩托車車架的沖擊各有不同，單元的假設固定的路面沖擊力載荷譜不利于與摩托車實際駕駛情況接軌，首先通過道路模擬試驗機進行迭代得出摩托車行駛中受到的沖擊力載荷， 這樣才能使模型的結果更加的準確。

2.3.車架疲勞壽命有限元分析計算

將摩托車車架材料Q235材料的各個疲勞屬性、車架受到的作用力值和載荷的隨機變化時間曲線輸入MSC.Fatigue有限元分析軟件，可以得到趨于實際路況的摩托車疲勞壽命有限元分析圖2.3。

根據該摩托車車架的疲勞壽命有限元分析圖可以看出該摩托車車架的最小壽命值為最底層淺藍色條紋對應值5.20，即105.2也就是說該摩托車在正常駕駛的情況下摩托車車架的使用壽命為15.9萬公里。該方法結合實際路況和車架的材料屬性能精確地計算出摩托車車架的實際使用壽命，但是計算的結果受到摩托車車架的建模方法和建模約束條件的選取。

3. 小結

隨著人們生活水平的提高，摩托車的普及率大幅度的提高，尤其是在廣大的農村。雖然現在農村的路況有了大幅度的改善，但是仍然有相當一大部分的機耕道的存在，再加上隨著發動機的發展對車架產生更大幅的激動力，這些都嚴重考驗摩托車車架的可靠性。摩托車車架的疲勞壽命直接反應出車架的可靠性，生產廠家對摩托車車架進行疲勞壽命試驗，提高車架的可靠性，不僅能保障駕駛者的生命安全，同時也能為品牌樹立良好的形象。

參考文獻：

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