实验结果差异大 轮毂质量专业测试（全文）
爱卡汽车网日报道　在上一篇文章中，我们在第三方认证测试室对购买的三款产品经行了材质分析、硬度测试等项目，接下来的这篇文章中我们将继续介绍本次测试的重点项目弯曲疲劳测试和13°冲击测试的结果，这两项是我们测试的重点，也是检验轮毂质量最直观的方法，到底结果如何，让我们一探究竟。
13°冲击测试和弯曲疲劳测试所使用的仪器按美国和日本标准分设有两套测试仪器，但测试项目和方法都相同。国内标准的制定基本以VIA的标准为蓝本，而市场上所购买的轮毂大部分辐条上都标识JWL/VIA认证，所以此次测试我们采用经过VIA认证的测试仪器进行测试。
无尽的折磨之弯曲疲劳测试
弯曲疲劳测试模拟车辆在转向时轮毂所受到的应力，整个车轮受到一个旋转弯曲的作用力，主要是看轮辋与轮辐结合处的坚固程度，由于疲劳测试对缺陷十分敏感，而疲劳伤是从局部开始，所以这个测试也在一定程度上验证着砂眼对轮毂的影响。测试中车轮的载荷根据轮毂参数的不同在500公斤至690公斤不等，按照后市场的行业标准旋转次数不少于十万转。
弯曲疲劳合格标准
1：车轮不能继续承受载荷
2：车轮任何部位出现新的可见裂纹
3：在未达到循环次数之前，加载点的偏移量已经超过初始加载点的10%
弯曲疲劳测试测试步骤
与冲击测试不同的是，弯曲疲劳测试不是一锤子买卖，所以要调节的参数很多，这其中很重要的一项参数是负载轴心的偏移量，通过预检及试机后确定初始加载点的偏移量，然后还要用对应的载荷和尺寸要计算出符合规定的载荷加载到转轴末端，来产生弯曲轮辐的应力。
原厂轮毂弯曲疲劳测试
测试前首先要通过调整法兰盘和夹具将测试产品牢牢固定在测试仪上，并在控制电脑上输入测试的标准加载点偏移量以及所需负载，启动测试仪后测试正式开始。10万转的测试并不是一次性完成，每隔1万转要对轮毂进行外观的肉眼观察，并对仪器参数进行校准。
在经历了一个多小时的测试后，10转顺利跑完。我们并没有从轮辐表面看到肉眼可以察觉的裂纹，但这并不代表没有损伤，测试后的样品还要进行显色剂的渗透处理，在喷涂完专用的显色剂后，颜色会渗入到肉眼观察不到的细微裂缝中，让所有裂缝及损伤都无所遁形。 在显色剂喷涂后，工程师及测试员又对样品进行了观测，确认原厂轮毂没有出现新的可见裂纹，测试仪也显示载荷的偏移量未超标，所以原厂轮毂顺利通过了测试，品质还是值得信赖的。
副厂轮毂弯曲疲劳测试
第二个登场的是副厂仿制的轮毂，副厂轮毂在之前的测试中就没少给测试员出难题，因为前文说道这款轮毂材质太软导致测试仪运行时，按规定的载荷重量加载后，转轴的加载点偏移量总是过大，已经超过仪器所能承受的限度，测试时多次报警，最后不得已只能加大偏移量的基础数值。
通过观察GIF不难看出与原厂相比，轮辐上下弯曲的幅度大幅提高，这是硬度不足的征兆，刚刚顺利跑了3分钟不到，测试就被工作人员叫停了，我们凑上去一看辐条上已经明显出现伤痕，副厂轮毂只跑了一万五千转便扑街了。
仿TE37改装轮毂弯曲疲劳测试
之前的副厂仿制轮毂没有通过疲劳测试的考验，让我们对这款仿TE37改装轮毂也抱有怀疑的的态度。不过测试开始后一切顺利，一个半小时过后仿制轮毂也完成了弯曲疲劳测试，测试完成后同样进行显色剂渗透，通过观察我们并没有轮毂有产生裂纹，但却发现轮辐的内侧存在铸造砂眼，并贯穿了轮辐，但它并未对实验结果造成干涉，所以仿制轮毂属于合格产品的范畴。
仿TE37改装轮毂13°冲击测试
第三个测试的产品是无厂牌仿Rays TE37改装轮毂，之前的硬度测试告诉我们这个轮毂的硬度很强，能够抵抗一定外力所引起的塑性变形，但能否在硬度提高的前提下不损失太多韧性，我们不得而知。
打开防护网，我们通过冲击，仿制轮毂受冲击一侧轮辐已经断裂，但轮辋由于硬度较强，所以轮辋形变并不明显，这正是高硬度低韧性金属在受到冲击后所产生的现象，这样的冲击如果发生在高速上很可能导致轮辐从轮毂上脱离，总而造成严重的交通事故。
总结：三款轮毂的冲击测试表现与硬度测量后的预估表现相吻合，其实我们也可以简单的认为当硬度值在80至90之间时，产品的抗冲击性能多会优秀，因为能把硬度值控制在标准范围内的厂家说明是在热处理上有规范要求的，由此说来其韧性也有了一定保障。金属的硬度、疲劳、强度、韧性等等参数都代表着一个轮毂的质量好坏，我们不能只注重其中一项测试的优秀，综合看结果实验才更有意义，因为有时在合理范围内的数值比异常优秀的数值来的要安全的多。
通过对这三个轮毂进行两项测试可以说基本上对各渠道上的轮毂质量有了直观的了解，三款产品在测试中体现了不同性质，这对于一个选购轮毂的用户来说是十分可怕的，没有监管的市场无法保证消费者的权益，到底怎样挑选心爱的轮毂呢，下期文章中我们会以实验结果着重介绍轮毂的选购指南。（吴笛）
本文来源：爱卡汽车网
48小时评论排行
评论5415条
评论2684条
评论2339条
评论1283条
评论1184条
评论1061条
全新凯美瑞
热门产品:　　　
:　　　　　　　　
:　　　　　　　　　
热门影院：铝合金轮毂的力学性能及有限元分析--《燕山大学》2015年硕士论文
铝合金轮毂的力学性能及有限元分析
【摘要】：环保问题、能源问题以及安全问题是目前最引人注目的问题。为了保护环境,减少污染,汽车轻量化路线在汽车行业的作用就显得极为重要。随着材料研究的深入发展,铝合金已被公认为是实现汽车轻量化路线最有效的材料。汽车的车轮不仅是汽车承载的重要零部件,也是汽车运行过程中唯一的安全外观零部件。因此,研究轮毂的力学性能具有重要意义。本文主要研究了铸造态和铸旋态铝合金轮毂力学性能,通过有限元软件Ansys对轮毂进行了在径向载荷、弯曲载荷和冲击载荷作用的受力分析,并对88888型轮毂进行了冲击测试以及通过热处理工艺对其冲击性能进行改善,其结果表明:铸造态与铸旋态轮毂的化学成分主要由Al、Si、Mg、Ti、Fe、Cu、Zn、Mn等合金元素组成,铸造态和铸旋态轮毂的外轮缘、内轮缘、轮辐和轮心部位的α-Al与共晶体都是均匀的分布,共晶Si呈小圆颗粒状。铸造态和铸旋态轮毂的力学性能都达到了公司所规定的力学性能检测要求。通过有限元软件Ansys对车轮轮毂在径向载荷、弯曲载荷和冲击载荷作用的受力分析。在径向载荷作用过程中,在轮辐位置处的最大应力值为114.1 MPa,在轮毂窗口位置处的最大应力值为114.7 MPa。在弯曲载荷作用过程中,在X方向的最大应力为111.0 MPa,在Y方向的最大应力为108.7 MPa。在13°冲击载荷作用过程,在0°、90°和180°三种不同位置冲击时,其最大应变率值分别为5.169%、5.829%和6.165%。原始态轮毂在13?冲击试验过程中,由于组织中存在大量的缩松缩孔以及断口裂纹,都不满足轮毂的冲击性能要求。当轮毂经过设定的固溶时效热处理之后,轮毂的力学性能显著提高。轮毂的冲击性能也能满足要求。
【学位授予单位】：燕山大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：U463.343
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式
【参考文献】
中国期刊全文数据库
丁向群,何国求,陈成澍,刘小山,朱正宇;[J];材料科学与工程学报;2005年02期
张立娟;周宏伟;韩云;常海平;陈志;;[J];锻压技术;2010年04期
邱自学;袁江;;[J];电子测量与仪器学报;2006年01期
权高峰;刘绍东;;[J];兵器材料科学与工程;2012年04期
牟瀚洲;姜兆纯;冯师野;;[J];电子技术与软件工程;2013年11期
刘春海;[J];黄金学报;2000年03期
臧孟炎;秦滔;;[J];机械工程学报;2010年02期
薛贵东;吴海红;白雪松;;[J];教育教学论坛;2011年29期
李继文,谢敬佩,刘忠侠,宋天福;[J];汽车工艺与材料;2004年07期
方伦浩;;[J];轻型汽车技术;2008年Z3期
中国硕士学位论文全文数据库
张玉美;[D];吉林大学;2011年
王明明;[D];吉林大学;2011年
王立辉;[D];河北工业大学;2002年
钟翠霞;[D];浙江大学;2006年
张小格;[D];清华大学;2006年
汤红强;[D];浙江工业大学;2009年
周禄禹;[D];华东理工大学;2013年
【共引文献】
中国期刊全文数据库
张劲松;[J];四川有色金属;2001年02期
郑虹;[J];鞍山师范学院学报;2001年03期
琚宏昌;[J];安阳大学学报;2003年03期
王德云;[J];兵器材料科学与工程;1991年02期
刘玲霞;[J];兵器材料科学与工程;2003年03期
陈大辉;朱秀荣;孙廷富;;[J];兵器材料科学与工程;2008年01期
陈雷;毛昌辉;杨剑;梁秋实;王涛;;[J];兵器材料科学与工程;2009年04期
曹朝霞;;[J];兵器材料科学与工程;2009年04期
赵一生;;[J];兵器材料科学与工程;2010年04期
明珠;王有祁;甄立玲;齐果;刘宏伟;陈东高;谭兵;陈巍;;[J];兵器材料科学与工程;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库
郑小平;程佩;林波;张卫文;;[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
洪涛;龚园平;田妮;赵刚;于福晓;左良;;[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
孙振宇;冯彦波;聂波;赵刚;田妮;李瑞峰;;[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
耿广锐;郎宝永;;[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009（CSMO-2009）论文集[C];2009年
吕超;梁小平;高永扬;王剑臣;岳雪梅;辛少波;;[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
翟彦博;刘昌明;王开;;[A];2009重庆市铸造年会论文集[C];2009年
谢延翠;;[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集（一）[C];2007年
吴圣川;刘建华;;[A];湖北省暨武汉焊接学会成立二十五周年2005年焊接学术年会文集[C];2005年
吴亚舸;张其林;;[A];第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2005年
赵鹏;鞠永伟;张瑞忠;;[A];2007年全省有色金属学术交流会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库
起华荣;[D];昆明理工大学;2009年
赵忠明;[D];河南理工大学;2011年
周明哲;[D];中南大学;2010年
李文斌;[D];中南大学;2010年
别海燕;[D];浙江大学;2011年
胡慧芳;[D];重庆大学;2010年
袁蕾;[D];天津大学;2010年
王国峰;[D];燕山大学;2011年
危卫华;[D];南京航空航天大学;2010年
朱宏;[D];南京航空航天大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库
蒋建军;[D];河南理工大学;2010年
李友;[D];长春理工大学;2010年
李媛乐;[D];郑州大学;2010年
易成;[D];郑州大学;2010年
杨永昌;[D];郑州大学;2010年
高飞;[D];大连理工大学;2010年
徐飞飞;[D];大连理工大学;2010年
党淼;[D];沈阳理工大学;2010年
张海沧;[D];长春工业大学;2010年
田俊科;[D];华东理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库
高亚楠;温龙飞;;[J];汽车工业研究;2007年03期
谢壮德,沈平,董寅生,周彼德,李庆春;[J];材料科学与工程;1999年04期
赵琳瑜;韩冬;张立武;李增辉;王北平;杨延涛;龚军善;;[J];锻压技术;2007年06期
殷银银;杨永顺;郭俊卿;;[J];锻压技术;2010年01期
杨永顺;郭俊卿;陈拂晓;;[J];锻压技术;2011年04期
侯红亮;余肖放;王耀奇;;[J];锻压装备与制造技术;2009年04期
赵海民;惠卫军;聂义宏;董瀚;翁宇庆;;[J];钢铁;2008年05期
钱令希,钟万勰,隋允康,王希诚;[J];工程机械;1988年05期
任全彬;蔡体敏;安春利;宋金松;刘中兵;;[J];固体火箭技术;2006年02期
桂满昌,王殿斌,张洪;[J];机械工程材料;1996年06期
中国重要报纸全文数据库
刘英;[N];中国有色金属报;2006年
中国博士学位论文全文数据库
刘志勇;[D];郑州大学;2003年
左孔天;[D];华中科技大学;2004年
张响;[D];浙江大学;2008年
闫胜昝;[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库
张晨光;[D];河北工业大学;2000年
王立辉;[D];河北工业大学;2002年
姚成;[D];合肥工业大学;2002年
郄彦辉;[D];河北工业大学;2003年
董荣梅;[D];燕山大学;2005年
魏仁委;[D];燕山大学;2005年
张国智;[D];燕山大学;2005年
王晓维;[D];燕山大学;2006年
钟翠霞;[D];浙江大学;2006年
陈淑玉;[D];山东大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库
田涛;;[J];科技创新与应用;2012年17期
栗智鹏;吕金旗;;[J];工程与试验;2012年03期
赖华清;范宏训;;[J];金属成形工艺;2002年06期
李晓敏;[J];轻合金加工技术;2003年09期
郑祥健,金龙兵,王国军,陶志民;[J];轻合金加工技术;2004年07期
田有为,沈沉;[J];机械设计与制造;2004年06期
朱利民;;[J];现代零部件;2007年07期
梁继辉;;[J];科技创新导报;2008年12期
方伦浩;;[J];轻型汽车技术;2008年Z3期
李玉滨;;[J];硅谷;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库
宫林松;;[A];2013(第23届)重庆市铸造年会论文集[C];2013年
王慧芳;龙思远;;[A];2014(第24届)重庆市铸造年会论文集[C];2014年
宋鸿武;李昌海;;[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
高庆福;张捷;章晓斌;周玉玲;周和荣;;[A];“广汽部件杯”广东省汽车行业第六期学术论文集[C];2011年
马力;刘宁;吴玉程;;[A];安徽省机械工程学会成立50周年论文集[C];2014年
曾礼;胡长新;;[A];2011重庆市铸造年会论文集[C];2011年
戴长松;王殿龙;柳志民;胡信国;;[A];2007（第13届）全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
孙化东;胡长清;;[A];2008重庆市铸造年会论文集[C];2008年
倪向贵;俞斐;;[A];2012年海峡两岸破坏科学/材料试验学术会议论文摘要集[C];2012年
王北平;赵琳瑜;韩冬;陈志军;;[A];第八届全国塑性加工学术年会论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库
王祝堂;[N];中国有色金属报;2003年
张新民;[N];中国有色金属报;2004年
进周;[N];中国有色金属报;2008年
瞿长福;[N];经济日报;2009年
龚雯;[N];人民日报;2009年
钟欣;[N];中国贸易报;2009年
崔悦;[N];国际商报;2009年
吉明亮　李冰峰
叶宁;[N];金华日报;2009年
李仲泉;[N];中国经济时报;2009年
李全宏;[N];山西日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库
徐立;[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库
方伦浩;[D];上海交通大学;2008年
张晨光;[D];河北工业大学;2000年
董金卫;[D];燕山大学;2007年
王群;[D];清华大学;2009年
张宁;[D];重庆大学;2010年
张国智;[D];燕山大学;2005年
黄少兵;[D];燕山大学;2014年
安广;[D];河北农业大学;2013年
周喆;[D];燕山大学;2015年
任杰;[D];燕山大学;2012年
&快捷付款方式
&订购知网充值卡
400-819-9993论文发表、论文指导
周一至周五
9：00&22：00
ANSYS Workbench在铝合金轮毂结构静力学分析中的应用
　　摘 要：轮毂作为车辆行驶系统中的重要部件，其结构性能对车辆的安全性有较大影响。以16×6?J铝合金轮毂作为研究对象，运用UG三维建模软件建立轮毂三维模型，并导入ANSYS Workbench，依据径向与弯曲疲劳试验标准建立有限元模型，对轮毂进行结构静力学分析，得到位移、应力云图，并基于铝合金A356的S-N曲线，生成轮毂安全系数与疲劳寿命云图，综合各项结果，从而判断轮毂强度、刚度及疲劳强度是否合格，可作为轮毂分析的评判标准，对设计有指导作用。 中国论文网 /1/view-.htm　　关键词：铝合金轮毂；ANSYS Workbench；疲劳寿命 　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t. 　　1 引言 　　铝合金轮毂因其质轻、美观、耐腐蚀、安全性好，在小型乘用车中已大量使用，据统计，2014年全球铝合金轮毂的产量已达到2.81亿只。对于如何分享如此巨大的市场，各轮毂生产企业的首要问题就是高效、精准、低成本地设计出符合顾客需求的轮毂。一方面，因为轮毂是汽车行驶时各种载荷的主要受力部件，其结构设计必须满足标准要求，以确保其安全性和可靠性；另一方面，随着消费者对汽车外观要求的提高和汽车轻量化发展的大趋势，外观设计与轻量化设计也被考虑到结构设计当中[1，2]。传统的方法依靠实验获得轮毂的强度和疲劳寿命数据，验证设计是否合理，时间长、成本高，而采用有限元分析软件ANSYS Workbench预先进行设计及分析，能够较快的判断设计产品的合理性，并且结果相对可靠，从而降低的设计成本，缩短了开发周期。 　　本课题运用UG软件完成轮毂建模后，利用ANSYS Workbench与CAD建模软件的无缝集成，直接导入ANSYS Workbench中，进行径向、弯曲疲劳试验的有限元分析，得到轮毂的应力应变分布，并基于铝合金A356的S-N曲线，进行轮毂的疲劳寿命分析。 　　2 轮毂径向疲劳试验有限元分析 　　轮毂的径向疲劳强度是其力学性能的一项重要指标，是衡量车轮行驶时能否安全承受垂直载荷的标准，按照GB/T《乘用车车轮性能要求和实验方法》中动态径向疲劳试验的要求进行测试。试验方法是让一直径大于400mm、表面光滑且宽度大于轮胎宽度的驱动转鼓，匀速转动，带动安装好轮胎的轮毂，从而向轮毂施加动态变化的径向载荷Fr，模拟汽车在平直路面行驶时轮毂受到的垂直载荷。标准要求车轮在试验载荷下经过一定次数的疲劳循环后，不得出现可见裂纹和明显塑性变形等破坏现象，且能继续承受载荷[3，4]。 　　有限元法的基本思想是将物体离散成有限个且按一定方式相互连接在一起的单元的组合，来模拟或逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题来求解的一种数值分析方法[5]。因此，建立准确、可靠的轮毂径向疲劳试验的有限元模型，是分析的关键步骤。 　　2.1 实体建模与材料属性导入 　　用于分析的轮毂规格为16×6?J，按照设计草图与轮毂的规格参数，采用三维实体建模软件UG建立轮毂实体模型，之后导入ANSYS Workbench?h境中，等待进一步处理。 　　铝合金A356铸造性能良好，拥有较高的强度与塑性，所以生产中铸造铝合金轮毂多采用该型号的铝合金。对此，分析中轮毂材料选择A356，国内牌号为ZL101，屈服强度为229MPa，抗拉强度极限为263MPa，弹性模量为70GPa，泊松比为0.33。此外，进行疲劳寿命分析，还需导入材料的S-N曲线。先通过软件SolidWorks的材料库模块进行模拟，基于AMSE奥氏体钢曲线，输入A356的弹性模量，派生出S-N曲线数据，导入ANSYS Workbench的材料库，生成S-N曲线，如图1所示。 　　2.2 网格划分 　　有限元分析中，网格划分是后续分析的基础，其精度的高低直接影响到后续的应力、应变、疲劳寿命分析的准确性和精确性。对于形状相对复杂的轮毂，采用自动划分网格命令获得的网格质量较好，满足精度要求。划分网格时，单元大小设置为10mm，获得145257个单元，80706个节点。网格划分结果如图2所示。 　　2.3 施加约束与载荷 　　有限元模型的约束与载荷的施加应与实际情况一致，这样才能保证计算结果接近或者能够代表实际试验的结果[6，7]。所以，根据径向疲劳试验的工作原理和有限元思想，对轮毂安装面和5个螺栓孔锥面施加全约束。 　　实际作用在车轮上的载荷主要有轮胎气压和汽车自重与地面支撑在竖直方向产生的载荷，因此，可以等效的将安装面固定，加载载荷以压强的形式，按照一定规律分布在轮辋胎圈座上，并施加轮胎气压。根据其他学者研究，轮辋胎圈座所受径向载荷在120°夹角范围内呈半正弦函数对称分布，加载公式如下[8]： 　　式中F为径向加载载荷，按国家标准对该型号轮毂的要求，最大额定载荷为6762N，取强化试验系数K=2.25，可得径向加载载荷F为15215N，其余参数具体定义与数值如表1： 　　以轮毂中心轴线为旋转轴，建立极坐标系，在ANSYS Workbench中输入极坐标形式的径向载荷加载公式，选择加载面，以120°为夹角，对称施加。根据汽车行驶特点，可知轮辋受到周期性径向载荷作用，受力情况比较复杂，所以将选取两个特殊点进行考查。一种加载情况是加载面中心正对辐条中心线，另一种加载情况是加载面中心正对两辐条间通风孔中心，同时在轮辋胎圈座上施加轮胎气压0.55MPa，两种加载情况如图3所示： 　　2.4 径向疲劳有限元分析结果 　　完成轮毂径向疲劳试验的有限元建模后，通过ANSYS Workbench进行求解计算以及后处理，可以得到铝合金轮毂的位移云图、等效应力云图、安全系数云图和疲劳寿命云图。 　　从两种加载情况的位移云图可以看出，较大的变形量都出现在轮辋施加径向载荷的扇形区内，整个轮辋都有变形，内轮辋的变形量明显比外轮辋大，且正对载荷施加面的辐条也有小量变形，而安装盘变形量最小。此外，两种加载方式的最大变形量相差不大，分别为0.438mm和0.436mm，可以看出轮毂整体结构变形量不大，说明其结构设计的刚度满足标准的要求。
　　轮毂在径向载荷作用下的应力云图如图4所示： 　　从两种加载情况的等效应力云图可以看出，应力主要分布在辐条与轮辋过渡部分、辐条中段、以及轮辋中间环带。径向载荷指向辐条中心，最大应力为46.37MPa，出现在支撑辐条背面上部棱边内侧；径向载荷指向辐条间隙中心，最大应力为45.63MPa，出现在相邻支撑辐条背面上部棱边内侧。两种加载情况的应力分布于大小相差不大，虽然出现了应力集中，但远小于材料的屈服强度，所以该轮毂设计满足强度要求。 　　在径向载荷作用下，对轮毂进行安全系数与疲劳寿命分析，从两种加载情况的安全系数云图可以看出，其安全系数都在4.9以上，已远远高于要求的2.25。从基于铝合金A356S-N曲线生成的疲劳寿命云图可以看出，轮毂在两种加载方式下工作，每一部分的循环次数都能达到106次以上，高于标准要求的5×105次。所以，该轮毂在额定的径向载荷下工作，其强度与疲劳强度都符合标准要求。 　　3 轮毂弯曲疲劳试验有限元分析 　　测试轮毂性能的另一重要试验是弯曲疲劳试验，按照GB/T《乘用车车轮性能要求和实验方法》的要求，将轮毂装夹在试验台上，保持固定，通过加载臂对轮毂施加一个旋转的弯矩，经过一定次数的循环加载，观察轮毂是否出现可见裂纹或者有明显变形，从而判断其是否失效[9]。 　　3.1 实体建模与网格划分 　　按照标准要求，加载臂长定为1m，轴径为62mm，安装盘直径为145mm，与径向疲劳试验类似，用三维实体建模软件UG建立轮毂与加载臂实体模型，装配好后导入ANSYS Workbench环境中，加载臂与轮毂螺栓孔之间的接触采用粘贴接触，符合实际受力情况。对轮毂与加载臂整体采用自动划分网格命令，并分别设置材料属性，轮毂材料导入铝合金A356，加载臂材料导入结构钢，弹性模量为210GPa，泊松比为0.29。 　　3.2 施加约束与载荷 　　首先，设置约束方式，根据轮辋夹持部位，对内轮辋外侧施加全约束。试验弯矩M的大小根据公式（3）确定[10]： 　　式中：M为弯矩，N?m；μ为轮胎与路面间设定的摩擦系数；R为轮胎静负荷半径，m；d为车轮内偏距或外偏距，m；Fv为车轮额定载荷，N；S为强化试验系数。用于分析的轮毂其轮辋规格为16×6?J，按照GBT 标准要求，选用205/65R16LT系列标准轮胎，车轮和地面的摩擦系数μ=0.7，静负荷半径，R=313mm，轮毂内偏距d=40mm，轮毂额定载荷Fv=6762N，强化系数S=1.6，根据公式（3）可求得弯矩M=2803N?m，所以，在加载臂末端端面加载2803N作用力，产生等效的弯矩。由于轮毂形状规则对称，所以主要分析两个特殊位置的应力分布状况，就可判断轮毂的疲劳强度是否合格。两种弯矩作用力的方向都是沿着轮毂半径方向，第一种加载情况是作用力正对辐条中心线，另一种加载情况是作用力正对两辐条间通风孔中心，第一种加载情况如图5所示： 　　3.3 弯曲疲劳有限元分析结果 　　完成轮毂弯曲疲劳试验的有限元建模后，通过ANSYS Workbench进行求解计算以及后处理，可以得到铝合金轮毂的位移云图、等效应力云图、安全系数云图和疲劳寿命云图。轮毂在弯矩作用下的应力云图如图6所示： 　　从结果云图可以看出，两种加载情况下，轮毂的位移与应力分布几乎是一致的，这是由于轮毂对称结构所导致的。最大位移量出现在辐条与安装盘相接的部位，都是0.264mm，其他部位的位移量随着离安装盘的距离增大而减小。应力较大值均出现在辐条上，可知轮毂所受弯矩主要由辐条承受。在离弯矩作用力方向较近的三个辐条上，出现了应力集中点，出现在辐条掏空槽与安装盘过渡部位，最大值为127.07MPa。 　　轮毂在弯矩作用下的安全系数与疲劳寿命如图7所示，安全系数分布情况对应应力的分布，较低值均出现在应力较大处，最小值为1.8，高于强化试验系数1.6。从基于S-N曲线生成的疲劳寿命云图中可以看出，两种加载情况下，车轮的循环次数均到达106次，高于标准要求的105次。整体来看，轮毂结构变形量较小，疲劳强度达标，其刚度及强度满足标准要求。并且在满足外观设计的要求下，还有进一步优化其结构，减少轮毂体积，进而实现轻量化的目的。 　　4 结论 　　依据标准《乘用车车轮性能要求和试验方法》，运用ANSYS Workbench软件建立有限元模型，并计算分析，得到位移和应力分布云图。基于铝合金A356应力-寿命曲线，生成轮毂安全系数与疲劳寿命云图。对所得结果进行分析，能够判断试验轮毂的强度、刚度、疲劳强度是否合格，并能直观显示出轮毂受力分布，找出应力集中部位进行优化。此外，通过比较径向和弯曲疲劳试验，可以看出轮毂所受弯曲载荷较大，其对轮毂的破坏作用更大，设计时应该优先考虑。总的来说，ANSYS Workbench软件在铝合金汽车轮毂结构静力学的分析中起到了很好的辅助作用，在轮毂的外形设计和轻量化设计中，能够起到预判、指导作用，避免了无谓的废品设计，缩短了设计周期，节约了设计成本。 　　参考文献： 　　[1]闫胜昝，刘伟鹏.基于有限元分析的铝合金轮毂造型设计[J].机械设计，）：109-112. 　　[2]王素梅，边雷雷，岳峰丽.大尺寸重载车用铝合金轮毂径向疲劳寿命预测[J].农业装备与车辆工程，）：46-50. 　　[3]王慧芳，龙思远，朱姝晴.基于有限元分析的铝合金轮毂径向疲劳寿命的预测[J].特种铸造及有色合金，）：. 　　[4]王伟，林?保?张尧文等.轿车轮毂轴承力学性能分析[J].机械设计与制造，2014（03）：192-195. 　　[5]张洪信，王怀敏，孟祥踪等.ANSYS基础与实例教程[M].北京：机械工?I出版社，2013. 　　[6]韦辽，李健.铝合金轮毂轮辐轻量化分析[J].机械研究与应用，）：75-77. 　　[7]韦辽，李健.车轮轮辋轻量化分析与研究[J].机械设计与制造，2014（03）：196-198. 　　[8]闫胜昝.铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究[D].杭州：浙江大学，2008. 　　[9]刘文胜，肖彦荣，马运柱等.某型号机轮轮毂的疲劳全寿命分析[J].航空精密制造技术，）：13-17. 　　[10]薛风超，张磊，陈宗毅等.基于ANSYS Workbench铝合金车轮弯曲疲劳性能的分析[J].现代机械，2013（06）：53-55. 　　作者简介：李维俊（1987-），男，广西陆川人，硕士，助教，研究方向：铝合金轮毂、有限元模拟。
转载请注明来源。原文地址：
【xzbu】郑重声明：本网站资源、信息来源于网络，完全免费共享，仅供学习和研究使用，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息。
xzbu发布此信息目的在于传播更多信息，与本网站立场无关。xzbu不保证该信息（包括但不限于文字、数据及图表）准确性、真实性、完整性等。