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全表面车轮台架试验的数值仿真及疲劳寿命分析

朱志鹏  
【摘要】:汽车在日常生活中的地位越来越重要,人们也对作为汽车的重要零部件的车轮使用性能越来越重视,全表面车轮就是在这种背景下产生的。关于全表面车轮的动力学分析及强度与寿命分析是当前车轮技术研究的重要课题。本课题即是根据车轮生产企业的实际需要,对某型号全表面车轮进行了系统的台架试验的数值仿真,进而进行了全表面车轮弯曲疲劳和径向疲劳寿命分析与预测。该型号全表面车轮结构为两件式,包括轮辐和轮辋。轮辐和轮辋通过过盈装配以及焊接连接。应用弹塑性理论对车轮进行过盈装配分析,分析表明轮辐和轮辋都发生了塑性变形,但并未发生破坏。在对车轮的螺栓预紧力的分析中,分析比较了不同紧固顺序对车轮的影响,给出了如何紧固螺栓以减小轮辐应力的最有效的方法,并且螺栓预紧力在弯曲疲劳试验中应给予考虑。在对车轮的螺母座进行刚度分析时,探讨了一种有限元法进行螺母座刚度试验的方法,分析知本款车轮螺母座永久变形量符合国家标准要求。通过对全表面车轮在弯曲工况下的模态分析,得到车轮在约束状态下的各阶固有频率及振型,并提取前十二阶频率及振型进行分析。表明试验载荷的频率远低于车轮的一阶固有频率,车轮在弯曲疲劳试验的工况下不会发生共振。针对全表面车轮的动态弯曲疲劳试验工况,单独分析了车轮在该工况下螺栓预紧力对轮辐不同区域的影响程度。考虑材料非线性和螺栓预紧力的影响,对车轮进行了动态弯矩载荷作用下的受力分析,取得了节点应力分布规律,发现易产生疲劳破坏的危险区域位于轮辐通风孔的内圆角附近,并采用名义应力法预测了车轮的弯曲疲劳寿命。针对全表面车轮的动态径向疲劳试验工况,并考虑了轮胎的试验气压对车轮的影响,模拟真实工况进行车轮的径向载荷的施加。取得了随径向载荷加载变化的车轮的危险节点载荷历程以及车轮危险区域的位置,预测车轮在径向疲劳试验时的疲劳寿命。


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