汽车车轮动态弯曲疲劳试验的有限元模拟.doc

汽车车轮动态弯曲疲劳试验的有限元模拟.doc汽车车轮动态弯曲疲劳试验的有限元模拟汽车车轮是汽车的重要组成部分,承受了来自汽车的全部重量, 它的可靠性直接影响汽车的安全行驶以及人的生命安全。为了保证它的安全, 国家对它出厂前需要通过的试验进行了规定, 分别为动态弯曲疲劳试验、动态径向疲劳试验和冲击试验。做这些试验需要轮毂产品和专用设备,增加了成本,同时还延长了产品的设计周期。近年来, 随着 NX NASTRAN,ANSYS 等分析软件的发展、应用, 通过计算机技术来模拟上述三个实验, 将模拟分析结果作为设计的初始条件, 可降低设计周期和实验成本, 深受汽车企业欢迎。车轮主要是由轮毂和轮胎组成的,而动态弯曲疲劳试验中只对轮毂进行了考察。动态弯曲疲劳试验模拟了汽车行驶过程中受到弯曲力矩的情况, 并且轮毂发生疲劳破坏的最主要原因就是弯曲疲劳, 因此对它的研究显得尤为重要。 1 轮毂的三维建模轮毂主要是由轮辋和轮辐组成的,轮辋是轮毂上与轮胎接触的部分, 文献[1] 对它的尺寸做了规定, 轮辐是与车轴实施安装连接, 支撑轮辋的车轮部分。轮辐部分是影响轮毂重量和强度的重要部分,它的尺寸和形状没有统一的标准。轮辐的设计主要是从轮板数量和轮辐形状两个方面考虑, 在设计中辐板数量影响轮毂的外观、强度、通风性、加工难易等, 常用的有五辐、七辐、八辐、十辐等, 而轮辐形状有星型、Y型、 V 型等。 2 动态弯曲疲劳试验根据国家标准,试验时轮毂承受一个与之相对旋转的弯矩。本文采用轮毂旋转加载方式如图 2 所示,为了对车轮施加弯矩,以规定的 m到 m 距离( 力臂) 处施加一个平行于车轮安装面的力。本文选用的力臂长 L为 m ,确定应力最大位置时是让轮毂在一固定不动的弯矩下旋转, 从而找出轮毂旋转过程中应力最大的位置,然后以此位置的载荷和约束为基础进行疲劳分析。 3 弯曲疲劳试验有限元模拟 最大应力位置的确定依据动态弯曲疲劳试验的要求, 如图 2 所示, 轮毂被紧固在试验装置的面上, 装置上的夹具夹紧轮毂的轮缘, 所以在对轮毂施加约束时, 应在轴一侧轮辋外缘处施加固定约束, 以此来固定它的 6个自由度。为了对车轮施加弯曲, 可以在轴的末端施加一个平行于车轮安装面的载荷 F