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某轿车铝合金车轮疲劳分析

杨云端  
【摘要】:车轮作为汽车轮式行驶系统中的主要承载零部件,在实际运转中长期承受动载荷作用,疲劳失效是其主要的破坏原因,受到行业高度重视。同时,在保证安全性能的前提下,车轮轻量化对企业节约成本和提升汽车整体性能意义重大。本文主要对某轿车铝合金车轮进行疲劳寿命预测及结构轻量化优化。对车轮进行了不同约束下的动态特性分析,求得了车轮的固有频率和振型;并通过预应力模态分析评估了不同行驶速度的影响,得出惯性力对结构响应影响很小可以忽略,且任何速度下都不会发生系统共振。对车轮进行了两种工况下的静力学分析。一种主要考虑了轮胎传给车轮的余弦型径向变载荷和胎压;另一种主要考虑了弯曲力矩和螺栓预紧力的影响。分析出了不同工况下的应力和变形情况,得出车轮强度和刚度符合要求,且存在较大设计余量。基于有限元分析结果和疲劳损伤理论,运用ANSYS nCode DesignLife软件,采用名义应力法对车轮进行疲劳仿真分析,得出车轮不同工况下的疲劳危险区分布,主要在轮辐的中部、内胎圈座和内轮辋等处,且疲劳寿命远超过国标要求。并通过疲劳台架试验验证了仿真的可靠性。基于结构分析结果和优化理论,对车轮轮辐进行拓扑优化,去除了其端部及与轮辋粘合区的部分材料,达到了轻量化目的。本文所做的研究对车轮的结构设计及疲劳寿命预测具有一定的实用意义,并对车轮的轻量化有一定的参考价值。


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