既然最终都要做样车测试，那两轮踏板车强度仿真还有必要做吗？

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作者 | 奔跑的蜗牛仿真秀专栏作者

首发 | 仿真秀App

导读：上一篇两轮车正在经历大变局！为什么车架刚度强度仿真和模态分析决定生死发布以后。有学员看完来找我交流，说看完之后对"车架好不好"有了新的判断标准，不再只看管子粗不粗、材料厚不厚了。也有读者问：强度呢？强度分析具体怎么做？怎么判断结果对不对？为什么有时候仿真算出来没问题，实车测试还是断了？确实，上一篇里强度只是作为"三个维度"之一简单提了一下。但在实际工作中，强度分析往往是占时间最多、踩坑最多、也最容易出问题的那一块。

所以今天专门写一篇，聊聊两轮车车架强度分析这件事——它到底在分析什么、价值在哪里、常见的坑有哪些，以及我这些年总结的一些两轮车仿真经验。

一、强度分析，不只是"算个最大应力"

很多人对强度分析的理解，就是"建个模型，加个载荷，跑一下，看最大应力超没超屈服强度"。不能说错，对我们工程师来说，它太浅了。如果强度分析真这么简单，那企业花那么多钱买软件、招仿真工程师，就太不值了。真正的车架强度分析，要回答的问题远不止"会不会断"。至少有这么几层：

第一层：静强度够不够？

这是最基础的。车架在额定载荷下，最大应力有没有超过材料的屈服强度？应力集中在什么位置？集中系数有多大？但注意，"最大应力没超屈服"不代表就安全了。因为车架不是只受静载，它要跑、要颠、要撞、要刹。

第二层：典型工况下能不能扛住？

两轮车车架的强度工况，说起来也不少。垂直冲击、紧急制动、急转弯、台阶跌落、座椅加载、脚踏加载、后衣架加载……不同的车型、不同的使用场景，关注的工况还不一样。每个工况的载荷怎么加、加多大、安全系数取多少，这里面全是经验。载荷加错了方向或者大小，算出来的结果跟实际情况差十万八千里。

第三层：焊缝会不会裂？

两轮车车架基本都是焊接结构，绝大多数断裂失效，都发生在焊缝或者热影响区。但很多人做强度分析，把焊缝当成绑定约束处理，算出来的应力分布根本反映不了焊缝的真实受力状态。焊缝怎么建模？是用壳单元模拟还是实体单元？焊脚尺寸怎么考虑？角焊缝的应力怎么评估？用什么标准？这些问题不解决，强度分析就是在"算个热闹"。

第四层：疲劳耐不耐久？

静强度过了，不代表耐久能过。车架在骑行过程中承受的是交变载荷——过个坑、颠一下、刹个车，应力都是反复变化的。次数多了，即使最大应力低于屈服强度，也可能发生疲劳断裂。疲劳分析跟静强度分析完全是两回事——它关注的不是应力峰值，而是应力幅、平均应力、循环次数，还有材料的S-N曲线、焊缝的疲劳等级。所以你看，强度分析这四个字，里面门道多着呢。不是点一下"求解"、看一眼最大应力就完事了。

二、车架强度分析，到底有什么价值？

经常有人问我：做强度分析要花时间、花钱，最后不还是得做样车测试吗？那仿真的意义在哪？这个问题挺好的。我说说我的理解。

第一，它能在样车出来之前，就把大问题筛掉

做一轮样车，从下料、焊接、涂装到测试，少说一两个月，多则小半年，费用几十万很正常。如果样车做出来一测，车架断了，那这几十万、这几个月，基本就打水漂了。而且断了之后你还不一定知道为什么断——是材料问题？焊接问题？还是结构设计本身就有问题？

仿真就不一样了。你在设计阶段就能跑强度分析，哪个位置应力大、哪个接头不合理、哪个管形需要调整，一目了然。大的问题在图纸阶段就解决掉，样车一次通过率高很多。我这些年做的项目里，仿真阶段发现的严重结构问题，至少有七八成。如果等到样车阶段才暴露，那成本和时间损失就大了。

第二，它能告诉你"为什么"，而不只是"断没断"

试验只能告诉你结果——断了，或者没断。但仿真能告诉你原因：应力集中在哪个位置？是结构形式的问题还是载荷路径的问题？改哪一根管子最有效？加一个加强筋能降多少应力？

举个例子，车架立管和下管的接头位置应力超标。试验你只知道这里断了，但你不知道是因为立管太细、还是下管角度不对、还是加强板位置没放对。仿真呢？你改一个参数跑一次，对比应力变化，很快就能找到最优方案。

第三，它能做试验做不了的事

有些工况，试验很难做或者成本很高。比如极端工况下的冲击、不同路面的疲劳耐久、多工况组合下的强度裕度……这些用试验去摸，周期长、费用高，而且有些极限工况根本没法安全地做试验。然而仿真就没有这个限制。你可以在电脑里模拟各种极端情况，看车架的响应，找到薄弱环节。试验用来做最终验证，仿真用来做前期筛选和优化，两者配合，效率最高。

一句话：试验是最终裁判，仿真是最佳教练。 教练不能代替裁判上场，但有个好教练，你上场赢的概率大得多。

三、老版二轮电动自行车—车架强度性能分析

以下仿真分析模型来自我原创首发在仿真秀官网视频课程《HyperMesh和Abaqus二轮踏板电动车整车CAE刚度强度模态分析实战》感兴趣的朋友可订阅学习，详情见后文。

1、车架前部强度分析

2、车架中后部强度分析

四、做强度分析，最容易踩的几个坑

做了这么多年强度分析，踩过的坑不少。挑几个最常见的说说，大家可以对照一下自己有没有碰到过。

1、网格画太粗，应力集中抓不住

车架的应力集中，大多出现在接头位置、焊缝附近、孔的周边。这些地方的应力梯度很大，网格如果画粗了，算出来的最大应力可能比真实值低30%甚至更多——你以为安全了，其实根本没抓到真正的峰值。

那是不是网格越细越好？也不是。网格太细，计算量上去了，时间成本划不来。而且太细了，应力结果会对网格尺寸敏感——你换个网格大小，最大应力能差出一截，结果反而没法用了。这里面有个"度"的问题。一般来说，关键区域的网格尺寸要小到能捕捉应力梯度，但又不能细到结果发散。具体多大合适，跟结构形式、材料、载荷类型都有关系，得靠经验积累。

2、焊缝处理太简单

很多人做车架强度分析，焊缝直接用绑定约束（tie）处理，相当于认为焊缝是"完美连接"。这样算出来的结果，焊缝位置的应力分布是失真的——你根本不知道焊缝本身受多大的力、会不会裂。更合理的做法，是把焊缝单独建出来，用壳单元或者实体单元模拟焊脚，然后按照相应的标准去评估焊缝的强度。比如用欧洲的EC3标准，或者国内的钢结构设计标准，不同的焊缝形式（角焊缝、对接焊缝）有不同的评估方法。当然，焊缝建模会增加工作量和计算时间，但这个投入是值得的——毕竟车架大部分失效都跟焊缝有关，你不算清楚焊缝，等于白算。

3、载荷加得想当然

我见过不少人做强度分析，载荷怎么来的？"大概这么大吧""别人都是这么加的""标准上写的"。但实际上，不同的车型、不同的使用场景、不同的设计目标，载荷差异很大。你拿电动自行车的载荷去算电摩，或者拿城市通勤车的载荷去算越野车型，结果能对才怪。

载荷怎么确定？有几个途径：一是参考行业标准和法规要求；二是参考同类车型的试验数据；三是做实车路测试力，拿到真实的载荷谱；四是根据企业自己的设计规范和安全系数要求。在我看来，不管用哪种方式，载荷都得有依据，不能拍脑袋。而且载荷的施加方式——作用点、方向、分布形式——也很重要，加错了位置，结果完全不一样。

4、只看最大应力，不看应力分布

很多人跑完分析，第一件事就是看最大应力是多少。如果没超屈服，就松一口气，完事了。但最大应力只是一个数字，更重要的是应力分布——应力高的区域有多大？是一个点还是一片？应力集中系数是多少？高应力区在什么位置？是不是在焊缝上？是不是在结构的关键传力路径上？

有时候，最大应力看起来超标了，但其实只是一个很小的局部点，而且不在关键位置，做个局部倒角或者加个小加强筋就能解决。有时候，最大应力虽然没超标，但高应力区分布很广，说明整个结构的受力状态不好，需要从根本上调整结构形式。

看应力云图，不是看"红不红"，是看"红在哪、红多大、为什么红"。

5、疲劳分析当静强度做。

这个也挺常见的——用静强度的应力结果，除以一个安全系数，就当疲劳校核了。这是不对的。疲劳跟静强度是两码事。静强度看的是应力峰值跟屈服强度的比值，疲劳看的是应力幅、平均应力、循环次数跟材料疲劳极限的关系。

同样的最大应力，应力幅不一样，疲劳寿命天差地别。同样的应力幅，平均应力是拉还是压，结果也完全不同——拉平均应力会加速疲劳失效，压平均应力反而有利于疲劳。而且焊缝的疲劳跟母材的疲劳，评估方法也不一样。焊缝的疲劳等级跟焊接工艺、焊缝形式、应力方向都有关系，不能直接用母材的S-N曲线去算。

五、二轮车的刚度、强度和模态分析教程

也是因为接触了太多两轮车行业的工程师——大家都知道结构仿真重要，但不知道怎么入门、怎么用在自己的项目里——所以这次我跟仿真秀独家合作，开了一门专门针对二轮车的刚度、强度和模态分析课程。不仅为学员提供配套学习资料，还提供VIP群答疑服务，帮助工程师高效掌握真实项目分析能力（进群需审核）。

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本课程面向二轮踏板电动车整车及总成结构仿真场景，应用于车架、前叉总成、后平叉总成在开发阶段的刚度校核、模态评估与多工况强度验证，可在样机试制前，通过有限元分析预判车架及悬架结构在紧急制动、水平冲击、座椅垂直耐久、低速碰撞等典型工况下的位移与应力分布，提前识别薄弱环节，减少样机反复试制、压缩开发周期与试错成本，广泛适用于电动车及两轮车企业研发部门、第三方仿真服务机构、高校车辆工程与力学相关课题研究。

1、以下是我的课程大纲：

课程是基于Hypermesh与Abaqus的二轮踏板车刚度和强度分析，Hypermesh采用2020版本，Abaqus也是2020版本。课程主要内容为：

第一章：二轮踏板车模型介绍

1.1 二轮踏板车结构件介绍
1.2 前悬架总成和车架连接关系介绍
1.3 后平叉总成和车架连接关系介绍
1.4 结构件常用材料说明
1.5 焊接模型处理说明

第二章：仿真分析输入

2.1 前叉总成 CAE 仿真输入
2.2 车架 CAE 仿真输入
2.3 座椅垂直耐久工况仿真输入

第三章：Hypermesh 网格划分基础培训

3.1 模型导入
3.2 几何清理
3.3 面网格划分
3.4 实体网格划分

第四章：车架网格划分

4.1 车架几何模型处理
4.2 车架抽中面和修补中面
4.3 车架焊缝建模规范
4.4 车架网格划分
4.5 车架组件属性创建

第五章：前叉总成网格划分

5.1 前叉总成模型处理
5.2 底筒柄管网格划分
5.3 下联板网格划分
5.4 立柱网格划分
5.5 前叉总成属性创建

第六章：后平叉总成网格划分

6.1 后平叉总成模型处理
6.2 后平叉总成网格划分
6.3 后平叉总成属性创建

第七章：整车强度分析模型搭建

7.1 rbe3 和 rigid 使用说明
7.2 Beam 单元创建
7.3 网格模型处理
7.4 创建材料卡片
7.5 边界和载荷条件设置
7.6 求解设置

第八章：车架刚度计算

8.1 纵向刚度
8.2 扭转刚度
8.3 总成扭转刚度

第九章：车架模态分析

9.1 基于 OPTISTRUCT 的车架模态分析
9.2 模态结果处理和判定

第十章：前叉总成紧急制动工况强度分析

10.1 载荷计算
10.2 轴承刚度简化方法
10.3 工况计算和结果处理

第十一章：车架水平冲击工况强度分析

11.1 载荷计算
11.2 分析模型构建
11.3 工况计算和结果处理

第十二章：车架座椅垂直耐久工况强度分析

12.1 载荷计算
12.2 分析模型构建
12.3 工况计算和结果处理

第十三章：车架低速碰撞工况强度分析

13.1 载荷计算
13.2 分析模型构建
13.3 工况计算和结果处理

(完)

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来源：仿真秀App

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首次发布时间：2026-11-02

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