汽車(chē)車(chē)輪動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗的有限元模擬論文

汽車(chē)車(chē)輪動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗的有限元模擬論文

　　汽車(chē)車(chē)輪是汽車(chē)的重要組成部分，承受了來(lái)自汽車(chē)的全部重量，它的可靠性直接影響汽車(chē)的安全行駛以及人的生命安全。為了保證它的安全，國家對它出廠(chǎng)前需要通過(guò)的試驗進(jìn)行了規定，分別為動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗、動(dòng)態(tài)徑向疲勞試驗和沖擊試驗。做這些試驗需要輪轂產(chǎn)品和專(zhuān)用設備，增加了成本，同時(shí)還延長(cháng)了產(chǎn)品的設計周期。

　　近年來(lái)，隨著(zhù) NX NASTRAN,ANSYS 等分析軟件的發(fā)展、應用，通過(guò)計算機技術(shù)來(lái)模擬上述三個(gè)實(shí)驗，將模擬分析結果作為設計的初始條件，可降低設計周期和實(shí)驗成本，深受汽車(chē)企業(yè)歡迎。車(chē)輪主要是由輪轂和輪胎組成的，而動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗中只對輪轂進(jìn)行了考察。動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗模擬了汽車(chē)行駛過(guò)程中受到彎曲力矩的情況，并且輪轂發(fā)生疲勞破壞的最主要原因就是彎曲疲勞，因此對它的研究顯得尤為重要。

　　1 輪轂的三維建模

　　輪轂主要是由輪輞和輪輻組成的，輪輞是輪轂上與輪胎接觸的部分，文獻[1]對它的尺寸做了規定，輪輻是與車(chē)軸實(shí)施安裝連接，支撐輪輞的車(chē)輪部分。

　　輪輻部分是影響輪轂重量和強度的重要部分，它的尺寸和形狀沒(méi)有統一的標準。輪輻的設計主要是從輪板數量和輪輻形狀兩個(gè)方面考慮，在設計中輻板數量影響輪轂的外觀(guān)、強度、通風(fēng)性、加工難易等，常用的有五輻、七輻、八輻、十輻等，而輪輻形狀有星型、Y 型、V 型等。

　　2 動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗

　　根據國家標準，試驗時(shí)輪轂承受一個(gè)與之相對旋轉的彎矩。本文采用輪轂旋轉加載方式如圖 2 所示，為了對車(chē)輪施加彎矩，以規定的 0.5 m 到 1.04 m距離(力臂)處施加一個(gè)平行于車(chē)輪安裝面的力。本文選用的力臂長(cháng) L 為 0.6 m，確定應力最大位置時(shí)是讓輪轂在一固定不動(dòng)的彎矩下旋轉，從而找出輪轂旋轉過(guò)程中應力最大的位置，然后以此位置的載荷和約束為基礎進(jìn)行疲勞分析。

　　3 彎曲疲勞試驗有限元模擬

　　3.1 最大應力位置的確定

　　依據動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗的要求，如圖 2 所示，輪轂被緊固在試驗裝置的面上，裝置上的夾具夾緊輪轂的輪緣，所以在對輪轂施加約束時(shí)，應在軸一側輪輞外緣處施加固定約束，以此來(lái)固定它的 6 個(gè)自由度。為了對車(chē)輪施加彎曲，可以在軸的末端施加一個(gè)平行于車(chē)輪安裝面的載荷 F，大小為F=M/L, 其中 L 為力臂長(cháng)，L=0.6 m，所以 F=5 880 N。

　　3.2 彎曲疲勞的疲勞分析

　　當物體受到固定力矩作用時(shí)，應力大的區域就是疲勞試驗中應力幅值高的區域，而應力幅值較高的區域就是最容易發(fā)生疲勞破壞的部位。本文選用的輪轂是呈軸對稱(chēng)的，它旋轉過(guò)程中受到一固定彎矩作用，它的最大應力值的疲勞可以近似的代替輪轂的整體疲勞狀況，而輪轂旋轉過(guò)程中應力最大位置是到達輪轂窗口中心線(xiàn)位置，所以此位置的疲勞情況可以近似代替輪轂的整體疲勞情況。

　　4 結 論

　　依據動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗的國家標準，通過(guò) NXNASTRAN 軟件模擬了輪轂旋轉過(guò)程中的應力變化情況，直觀(guān)的找出了旋轉過(guò)程中輪轂受到應力最大的位置，并以此位置輪轂受到的載荷和約束為基礎進(jìn)行疲勞分析，發(fā)現輪轂的最低壽命為 5×105次，輪輻輻板拐角處最容易發(fā)生疲勞破壞，所得數據為輪轂結構的改進(jìn)和優(yōu)化提供了依據。