車輪強度疲勞分析.doc

車輪強度疲勞分析汽車車輪主要承受循環(huán)載荷，借助MD.Nastran及MSC.Fatigue模擬車輪在循環(huán)對稱載荷作用下的強度和疲勞，可以有效地指導(dǎo)車輪的設(shè)計。1 引言 汽車車輪的功用是支持全車的重量，承受驅(qū)動力、制動力、以及地面對車輪的各種力，并通過輪胎與地面的接觸而實現(xiàn)汽車的運動。因此車輪的強度疲勞對于整車的正常使用有非常重要的作用，而實際使用中，車輪主要承受徑向載荷，也是車輪破壞的主要載荷形式，因此本論文針對車輪在滾動過程中承受徑向載荷作用下，車輪強度疲勞分析并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2 基于Nastran的汽車車輪循環(huán)對稱響應(yīng)分析(SOL109) 本文以某項目開發(fā)為例，利用MSC.Nastran分析車輪，并對危險部位通風(fēng)孔進行結(jié)構(gòu)改進及優(yōu)化，得到較優(yōu)方案，為設(shè)計提供參考意見。 2.1 模型文件 本文主要對比不同車輪通風(fēng)孔結(jié)構(gòu)及位置對車輪強度疲勞的影響，如下是某款車型的車輪結(jié)構(gòu)示意圖。點擊圖片查看大圖 圖1 車輪結(jié)構(gòu) 方案一為初始設(shè)計方案，通風(fēng)孔直徑為30mm； 方案二為優(yōu)化方案，是將通風(fēng)孔沿車輪徑向外移4mm； 方案三為優(yōu)化方案，是將通風(fēng)孔沿車輪徑向外移4mm，同時將通風(fēng)孔直徑擴大到34mm； 2.2 邊界條件與分析方法 本次分析中，約束車輪底面，在距車輪底面中心1.0m處沿Y和Z方向分別施加兩個大小相等的載荷。點擊圖片查看大圖 圖2 車輪有限元分析模型 為了模擬車輪的旋轉(zhuǎn)，本次分析采用SOL109進行分析，考慮通過對Y和Z方向兩個大小相等的載荷分別乘以兩條正弦和余弦曲線的方式來實現(xiàn)力的旋轉(zhuǎn)。 2.3 分析結(jié)果 本次分析的載荷為每隔9度輸出一個結(jié)果，一共產(chǎn)生41個結(jié)果，在后處理軟件中將這41個結(jié)果進行取大值處理后，輸出如圖3所示的應(yīng)力分布圖：點擊圖片查看大圖 圖3 車輪分析結(jié)果（從左開始依次為方案一、方案二、方案三） 方案一、方案二、方案三在相同的應(yīng)力梯度下的應(yīng)力分布可以看出，方案三的效果最好，同時從最大應(yīng)力數(shù)值上也可以得到同樣的結(jié)論，如下表1所示。 表1 計算應(yīng)力結(jié)果點擊圖片查看大圖3 基于fatigue的汽車車輪疲勞分析 在靜力響應(yīng)結(jié)果的基礎(chǔ)上對車輪進行疲勞分析，進一步驗證方案的效果。如圖4所示為2萬次循環(huán)載荷作用下的疲勞結(jié)果，由于是同一零件，同一種材料，所以和應(yīng)力結(jié)果的分布是一致的，如下圖所示：點擊圖片查看大圖 圖4 車輪疲勞分析結(jié)果（從左開始依次為方案一、方案二、方案三） 但與應(yīng)力結(jié)果相比，從通風(fēng)孔周圍的損傷值來看，其值的梯度更加明顯，如表2所示： 表2 計算損傷結(jié)果點擊圖片查看大圖4 結(jié)論 1、通過采用MD NASTRAN循環(huán)對稱響應(yīng)分析(SOL109)，可以對循環(huán)對稱載荷作用下的零部件進行強度和剛度分析。 2、利