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钢质车轮疲劳虚拟评价研究

王国峰  
【摘要】:钢质车轮在公路交通中广泛应用,特别是在重型、大型乘用车辆和运输车辆中使用钢质车轮的比例更大。因此,钢质车轮疲劳性能研究具有至关重要的意义。本文以燕山大学与长春一汽车轮厂合作项目“钢车轮虚拟疲劳台架试验系统研发”为背景,以两件式焊接钢质车轮为主要研究对象,采用有限元分析与疲劳计算相结合的方法,解决了钢质车轮评价体系虚拟化的一些关键技术难点,实现了钢质车轮产品的弯曲疲劳台架试验的虚拟化,径向疲劳台架试验的虚拟化,车轮双轴疲劳试验的虚拟化。初步建立了钢质车轮的虚拟评价体系,给出了钢质车轮疲劳虚拟评价规范。该评价体系的建立对钢质车轮的并行设计、虚拟检测以及车轮网络供给制造等工作具有重要意义。 本文研究工作主要内容有以下几个方面: (1)根据钢质车轮结构与生产工艺特点,系统地研究了与钢质车轮疲劳寿命评价相关的建模方法,有限元分析方法以及疲劳计算方法。建立了钢质车轮虚拟评价一般过程模型。 (2)针对典型钢质车轮进行材料性能实验研究、载荷加载方法研究、过盈工艺疲劳寿命影响研究、焊接工艺仿真研究、轮胎参数研究等,为钢质车轮疲劳评价虚拟化奠定了基础。 (3)基于国家标准《商用车辆车轮性能要求和试验方法》,确定钢质车轮虚拟弯曲疲劳试验的边界条件,车轮弯曲疲劳试验的加载参数以及虚拟弯曲试验方法。采用有限元法计算钢质车轮单元节点应力、应变数值。通过疲劳分析计算软件采用相应的疲劳统计方法,和最接近的S-N曲线,利用雨流法,迈纳损伤累积理论对钢质车轮进行弯曲疲劳点和疲劳寿命预测。 (4)基于国家标准《商用车辆车轮性能要求和试验方法》,按照实际钢质车轮径向试验方法要求,建立了钢质车轮疲劳寿命虚拟评价模型。采用有限元方法计算钢质车轮单元节点应力、应变数值,得到径向力与疲劳寿命曲线,确定径向力与疲劳寿命的数值关系。完成对钢质车轮径向疲劳点和疲劳寿命的预测。 (5)通过对钢质车轮双轴疲劳试验方法研究,基于SAE J2562《双轴车轮疲劳试验》,确定虚拟钢质车轮双轴疲劳实现方法。利用有限元分析方法和疲劳统计方法,实现不同双轴载荷谱作用下的应力、应变数值调用,以及不同双轴载荷谱的作用次序和作用时间问题。


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