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某型号特种车辆钢制车轮轻量化研究

宫立强  
【摘要】:随着汽车技术的不断更新和发展,汽车在人们的工作和生活中扮演着越来越重要的角色,随着汽车使用数量的剧增,随之而来的消耗、污染等问题也逐渐引起人们的重视,在寻找解决措施的过程中发现汽车轻量化是一种行之有效的手段,因此人们从结构、材料、工艺等多方面进行研究,均取得较好的成果,其中一部分已经广泛应用于生产实践之中。本文以某特种车辆钢制车轮为研究对象,以轻量化为研究目标,利用软件ANSYS workbench对钢制车轮进行有限元分析,并在此基础上提出优化方案,又通过试验验证方案可行,具体内容如下:(1)对车轮结构进行设计,选择螺栓连接对开式钢制无内胎车轮结构,合理利用外轮辋凹角处缝隙安装密封圈既达到密封要求又有助于避免因凹槽加工在辐板上影响强度,内车轮体与大轮辐板采用B500CL冷成型钢材料,其余部分采用Q355B低碳钢。(2)依据设计的车轮结构,略去影响不大的部分,对简化后的车轮以及加载轴法兰、螺栓之后的装配体应用solidworks软件进行三维参数化建模,并将模型导入有限元分析软件中,在参数模型的基础上采用四面体网格多区划分,建立有限元模型。(3)在进行疲劳仿真试验之前先了解装配体的振动特性,以便避免共振现象的发生,并且了解其对激励的响应情况。为得到相对准确的分析结果,按照实际工况对模型进行处理,计算设计模型的前六阶固有频率,得到相应振型柱状图和阵型图,经过分析得出结论:该结构不会发生刚性运动和共振,因此,在后续的强度分析中只需要做静力分析即可。(4)按照《SAEJ1992-2001车轮/车轮-军用车-试验方法和性能要求》(简称SAEJ1992-2001)要求进行径向疲劳仿真实验,得到径向载荷应力云图和应变位移云图,由前者得出结论在安全范围内不会发生较大形变,由后者得出最大位移发生的位置。(5)按照SAEJ1992-2001要求进行弯曲疲劳仿真实验,得到弯曲载荷应力云图和应变位移云图,由前者得出结论在安全范围内不会发生较大形变,由后者得出最大位移发生的位置,并进行疲劳寿命分析,说明仍有进一步优化的空间。(6)对车轮进行多目标优化,并对优化后的设计进行试验验证,验证结果表明在车轮重量降低的前提下,疲劳寿命等各项指标均满足要求。


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