自行车的有限元分析

一、概述自行车是由人力脚踏驱动的、有两个车轮的陆地交通车辆，俗称自由车、脚踏车或单车。自行车无噪声、无污染、重量轻、结构简单、物美价廉、使用和维修方便，技能作为运载货物和代步的工具，又能用于体育锻炼，因而为人们所广泛使用。自行车车架作为整个自行车的骨架，最大程度地决定、影响了骑行姿势的正确性和舒适性。二、执行标准依照国家标准如下：GB3564-93《自行车部件分类、名称和主要术语》GB3565-2005《自行车安全要求》GB3568-1983《自行车车架》三、主要技术规格及参数27自行车各部位参数及规格如表1所示：表127自行车各部位参数及规格表（单位：mm)部位横梁前竖梁（短）后竖梁（长）长斜梁后车轮架（2根长）后车轮架（2根短）长度530152565600480380外径323833331919厚度555555四、钢结构有限元分析4.1有限元分析目标根据分析计算27自行车架的强度和刚度，采用solidworks进行三维数字化建模，利用solidworkssimulation进行有限元分析计算，分析类行为静态分析。4.2钢结构有限元数学模型如图1图1钢结构有限元数学模型此自行车架的设计秉承人们的审美观念与使用要求，外形简介大方，大小适中，各部位采用空心管，质地轻便。4.3材料性能材料的力学性能如表2所示：表2铝合金6061力学性能项目弹性模量泊松比密度拉伸强度屈服强度参数69GPa0.332700kg/m^3124MPa55MPa4.4约束自行车架前竖梁要与前叉配合，因此可以给前竖梁下端面一个固定约束，自行车后轮车架要与车后轮轴配合，因为可在车后轮架加一轴成轴配合约束，分别如图2、3所示。图2图34.5载荷如图4图4假设骑该自行车的人的体重中，最大为90kg，则正常情况下该自行车所受载荷为900N，但由于在骑行过程中在路面遇到较大的凸起物时，会产生近2g的加速度，因此，由公式9029.81764FmaN得实际最大载荷为1764N。载荷取整为1800N。4.6离散化网格图如图5所示图5网格在有限元分析起关键作用，其划分精度关系到计算结果的准确性，此车架各网格参数如下：（1）单元大小：7.315mm；(2)公差：0.36575mm；(3)网格类型：实体网格；(4)节总数：73909。4.7分析结果应力如图6所示,位移如图7所示图6图7设自行车安全系数为K=1.10,实际强度系数k由公式k=σs/F=55148500/43557008=1.27得k=1.27K=1.10，所以满足强度要求。由图可知最大位移为0.303mm，位移很小，则刚度也满足要求。五、结论经过有限元分析验证，27自行车架满足相关国家标准的强度和刚度要求。