簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 郭昱鼎
Yu-Ding Guo
論文名稱: 電動摩托車車架力學行為及疲勞損傷分析
The Analysis of Mechanical Behavior and Fatigue Damage of Electric Motorcycle Frame
指導教授: 張燕玲
Yen-Ling Chung
口試委員: 甯攸威
紀翔和
張燕玲
Yen-Ling Chung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 162
中文關鍵詞: 結構分析疲勞損傷分析電動摩托車
外文關鍵詞: Structural Analysis, Fatigue Damage Analysis, Electric Motorcycle Frame
相關次數: 點閱:171下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文主要分析電動摩托車車架強度以及耐久計算,透過有限元素法進行電動摩托車車架之模態分析、剛性分析、標準工況分析、整車強度分析以及疲勞損傷計算。分析時,分別以前叉、主車架以及後搖臂三部分之結構進行。模態分析以及剛性分析為計算前叉、主車架以及後搖臂之模態頻率以及剛性值,並且判斷結構之振動變形行為。標準工況分析計算前叉、主車架以及後搖臂在一般路面與嚴苛路面時,結構之受力行為,透過多體動力學節點力的計算,再使用有限元素的分析,判斷結構面臨各工況所受應力大小以及其材料是否滿足強度需求。整車強度分析將前叉、主車架以及後搖臂組合在一起,針對整車結構進行強度之非線性分析,探討整車結構面臨嚴苛條件下,材料是否滿足強度需求。疲勞損傷計算分析結構之耐久性,透過多體動力學之計算時域訊號以及有限元素單位力計算,分析結構之損傷值,判斷結構是否滿足耐久需求。最後再根據各工況分析整理出後搖臂、主車架以及前叉應力集中之位置及應力值。


    This thesis mainly investigates the strength and durability of the electric motorcycle frame. By using the finite element method,the modal analysis, stiffness analysis, standard events analysis, vehicle strength analysis and fatigue damage analysis of the electric motorcycle frame are carried out. Modal and stiffness analysis calculate the modal frequency and stiffness value of the front, frame and swing-arm structures to understand the vibration and deformation behavior of the vehicle. Standard event analysis focuses on the force behavior of the front, frame and swing arm under normal as well as severe road conditions by first using the Multi-body dynamics to calculate nodal forces, and then using finite element analysis to evaluate the stresses of the structures and to check whether the material satisfies the strength requirements. In vehicle strength analysis in which the front, frame and swing-arm portions are combined, the nonlinear analysis is applied to explore if the material satisfies the strength requirements under the severe conditions. Fatigue damage analysis exploring the durability of the structure is executed with the aid of two kinds of data: time-domain signals calculated by using multi-body dynamic, and the nodal forces under unit-force acting at certain node obtained by the finite element method.Finally, the locations of the stress concentration and the values of the maximum stress in the front, frame, and swing-arm structures according to the analysis of each load condition are sorted out.

    致謝 I 論文摘要 II ABSTRACT III 目錄 IV 圖目錄 VIII 表目錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 1 1.3研究內容 3 第二章 電動摩托車剛性分析 5 2.1有限元素模型的建置 5 2.1.1後搖臂網格 5 2.1.2主車架網格 6 2.1.3前叉網格 7 2.2剛性分析之目的及應用 8 2.3後搖臂結構剛性分析 8 2.3.1後搖臂扭轉剛性(Trosional Stiffness) 10 2.3.2後搖臂彎曲剛性(Bending Stiffness) 11 2.3.3後搖臂側向剛性(Lateral Stiffness) 13 2.4主車架結構剛性分析 14 2.4.1後扭轉剛性(Rear Torsional Stiffness) 14 2.4.2前扭轉剛性(Front Torsional Stiffness) 15 2.4.3彎曲剛性(Bending Stiffness) 16 2.4.4右側向剛性(Right Lateral Stiffness) 17 2.4.5左側向剛性(Left Lateral Stiffness) 18 2.5前叉結構剛性分析 19 2.5.1扭轉剛性(Torsional Stiffness) 19 2.5.2上彎曲剛性(Upper Bending Stiffness) 20 2.5.3下彎曲剛性(Lower Bending Stiffness) 21 2.5.4上側向剛性(Upper Lateral Stiffness) 22 2.5.5下側向剛性(Lower Lateral Stiffness) 23 2.6剛性分析之結論與討論 24 2.6.1後搖臂之剛性分析結論與討論 24 2.6.2主車架之剛性分析結論與討論 25 2.6.3前叉之剛性分析結論與討論 27 第三章 電動摩托車模態分析 29 3.1模態分析的目的及應用 29 3.2後搖臂模態計算 29 3.3主車架模態計算 35 3.4前叉模態計算 38 3.5結論與討論 44 第四章 電動摩托車在標準工況(一般使用需求)下之應力應變行為 46 4.1 材料之力學強度 46 4.2 靜置 1.0g 工況之應力應變行為 47 4.2.1 分析設定: 47 4.2.2分析結果 51 4.2.3討論與結論 53 4.3 左/右轉 0.5g 工況之應力應變行為 54 4.3.1分析設定 54 4.3.2結果 57 4.3.3討論與結論 60 4.4 後輪加速0.8g工況之應力應變行為 61 4.4.1分析設定 61 4.4.2結果 62 4.4.3結論與討論 64 4.5 減速0.65g:後輪煞車工況之應力應變行為 65 4.5.1分析設定 65 4.5.2結果 67 4.5.3結論與討論 68 4.6 減速0.65g:前輪煞車工況之應力應變行為 69 4.6.1分析設定 69 4.6.2結果 71 4.6.3結論與討論 72 第五章 電動摩托車在標準工況(嚴苛使用需求)下的應力應變行為 74 5.1 Bump工況之應力應變行為 74 5.1.1分析設定 74 5.1.2後搖臂之分析結果與討論 78 5.1.3主車架之分析結果與討論 79 5.1.4前叉之分析結果與討論 81 5.2 Pothole工況之應力應變行為 83 5.2.1分析設定 83 5.2.2分析結果 86 5.2.3主車架之分析結果與討論 88 5.2.4前叉之分析結果與討論 89 第六章 電動摩托車整車強度分析 92 6.1非線性材料設定 93 6.2整車模型建立 95 6.3工況A:雙輪落地 96 6.3.1 分析設定 96 6.3.2 結果 97 6.3.3 討論 100 6.4 工況B:前輪衝擊 101 6.4.1分析設定 101 6.4.2結果 102 6.4.3討論 105 6.5 工況C:後輪落地 105 6.5.1分析設定 105 6.5.2結果 106 6.5.3討論 109 6.6工況D:前輪單輪著地 110 6.6.1分析設定 110 6.6.2結果 111 6.6.3討論 115 6.7 工況E:腳架結構強度 116 6.7.1 多體動力學分析 116 6.7.2 腳架強度分析 117 第七章 電動摩托車疲勞損傷分析 119 7.1有限元素之單位力結構應力分析 119 7.1.1 單位力分析模型工況定義 119 7.1.2 單位力各工況計算結果 120 7.2結構疲勞累積損傷分析 122 7.2.1 疲勞損傷分析參數定義 122 7.2.2 疲勞損傷分析力量條件定義 123 7.2.3 結構疲勞累積損傷計算結果 123 第八章 結論與討論 135 8.1剛性分析之結論 135 8.2模態分析之結論 136 8.3標準工況分析之結論 136 8.4整車強度分析之結論 138 8.5疲勞分析之結論 138 8.6各工況分析之結論與建議 139 8.6.1結論 139 8.6.2建議 140 參考文獻 142

    參考文獻
    [1] Mentley J. Using nCode DesignLife for Fatigue of Welds. 2016.
    [2] 壹讀, 關於自由模態和約束模態分析的幾點常識, 2020.
    [3] 吳家和,「機車車架的勁度與振動之研究」,南台科技大學機械工程學系碩士論文, 2009.
    [4] 高宗華,「機車車架結構之剛性分析與測試」,國立屏東科技大學車輛工程系碩士論文, 2010.
    [5] Roe G, Thorpe T. The Influence of Frame Structure on the Dynamics of Motorcycle Stability. SAE Technical Paper. 1986; 891772.
    [6] João Diogo da Cal Ramos. Front and Rear Swing Arm Design of an Electric Racing Motorcycle. Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal. 2016.
    [7] 白蓬津,「機車乘騎性分析與結構設計」,國立臺灣大學碩士論文,1983.
    [8] 陳奇男,「機車騎乘舒適性與顛覆性支探討」,國立中興大學碩士論文, 1998.
    [9] 李宗勳, 「機車撓性機構元件之動態分析」,國防大學中正理工學院碩士論文, 2005.
    [10] Sun,T. Design Sensitivity Analysis and Optimization of Nonlinear Dynamic Response for a Motorcycle Driving on a Half-sine Bump Road. Structural Optimization. 1996;11:113-119.
    [11] 莊健弘,「機車飛越後落地時之運動模擬與分析」,國立清華大學動力機械工程系碩士論文,1985.
    [12] 吳宗修,「減速設施之效能及對乘員舒適度感受之研究」,國立交通大學運輸科技與管理學系碩士論文, 2017.
    [13] 蔡承佑, 「電動機車車架結構分析」,逢甲大學航太與系統工程學系碩士論文,2014.
    [14] 彭鐿良,「有限元素法於機車結構之模態分與應用」,國立成功大學機械所碩士論文,1993.

    [15] Vieira C. Structural Evaluation of a Motorcycle Frame. Master's Degree Faculdade De Engenharia Universidade Do Porto. 2014.
    [16] Lee Y, Pan J, Hathawah R, Barkey M. Fatigue Testing and Analysis: Theory and Practice. Butterworth-Heinemann. 2004.
    [17] Stelzer R. Carlton B, Mazzoni S. Comparison of Cycle Counting Methods for Potential Liquefaction and Structural Fatigue Assessment. World Conference on Earthquake Engineering, Japan. 2020;17.
    [18] Chiba S, Aoyama K, Yanabu K, Tachibana H, Matsuda K & Uchikura M. Fatigue Strength Prediction of Truck Cab by CAE. Technal Paper. 2003;15.
    [19] Lin KY, Hwang JR, Chang JM, Chen CT, Chen CT, Chen CC & Hsieh CC, Durability Assessment and Riding Comfort Evalution of A New Type Scooter by Road Simulation Technique.SAE International. 2006.
    [20] 郭承憲,「機車系統動態模擬及耐久性分析」,國防大學中正理工學院碩士論文, 2001.
    [21] 張燕玲,紀翔和,「電動摩托車車架分析」,2022

    無法下載圖示 全文公開日期 2027/09/01 (校內網路)
    全文公開日期 2027/09/01 (校外網路)
    全文公開日期 2027/09/01 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
    QR CODE