基于ANSYS的汽车铝合金轮毂弯曲疲劳分析及优化_宋渊
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计
要
轻量化是世界汽车工业发展的主要趋势，轻质材料铝及其合金等的使用是一种有 效的途径。目前，大部分汽车车轮已使用铝及其合金做作为材料，利用现代设计方法， 在此基础上进一步实现车轮的轻量化则是本文的研究所在。 在研究了 CAD 软件 Pro /E 以及有限元分析软件 ANSYS 的功能及其主要特点后， 着重进行了了应用 ANSYS 对铝合金车轮进行结构强度分析的具体过程。 首先使用 Pro/E 软件，按照轮辋的国家标准，建构车轮的实体模型;然后把模型导 入 ANSYS，按 2005 年中国汽车行业标准中的汽车轻合金车轮的性能要求和实验方法 所规定的疲劳实验要求施加荷载;然后进行强度分析和模态分析，分析结果表明，车轮 的最大应力远小于铝合金的许用应力，车轮的固有频率满足要求，存在进一步改进的 可能和必要。最后，改进车轮模型，改进结果表明，车轮的重量有了显著的减少。 利用 CAE 分析技术有助于提高汽车车轮的设计水平、 缩短设计周期、 减少开发成 本。该方法具有普遍性，适用于指导任何其言型号车轮的设计和分析。
1.1 课题研究的目的意义.................................................................................................. 1 1.2 铝合金车轮行业现状及发展趋势.............................................................................. 1 1.2.1 铝合金车轮的发展及其现状............................................................................... 1 1.2.2 铝合金车轮的发展趋势....................................................................................... 3 1.3 国内外研究方法.......................................................................................................... 4 1.4 主要研究内容.............................................................................................................. 5
基于ANSYS的汽车铝合金轮毂轻量化设计
基于ANSYS的汽车铝合金轮毂轻量化设计作者：方宝涛徐丹来源：《时代汽车》2023年第21期摘要：针对汽车轻量化的需求，以某款轿车的铝合金轮毂为研究对象，利用ANSYS软件进行参数化建模和有限元分析，计算并分析了不同轮辐数量和轮辐厚度对轮毂最大变形量和等效应力的影响，并从中选出满足使用要求的轻量化优化方案，对后续轻量化设计工作具有实用意义和借鉴作用。
关键词：ANSYS 铝合金轮毂轮辐轻量化1 引言汽车轮毂是支撑轮胎，缓冲外界冲击，实现轮胎与路面的接触，保证车辆的行驶性能的圆柱形金属部件。
汽车在行驶中，车轮与地面的相互作用力，以及使汽车运动的力矩都是通过轮毂来实现的。
因此轮毂的强度大小是汽车稳定、可靠运行的重要因素[1]。
轻量化趋势是未来汽车的必然选择，而研究汽车轮毂的轻量化设计，也必须考虑到其机械性能能否满足要求[2]。
如闫龙龙[3]通过减小轮毂尺寸、使用轻质材料、采用计算机进行结构设计等方式实现了轮毂的轻量化。
武海滨等[4]结合铝合金材料特性，利用有限元分析技术，计算出轮辐的最佳厚度和两个轮辐之间的最佳角度范围，减轻了轮毂的重量。
王俊峰等[5]探讨了碳纤维材料在汽车轻量化设计中的应用。
本文以某款轿车的铝合金轮毂进行研究，利用有限元分析软件ANSYS建构了铝合金轮毂模型，计算出不同轮辐数量和厚度条件下的应力分布，通过强度分析，围绕铝合金轮毂的结构和工艺等方面展开轻量化设计。
2 汽车轮毂简介轮毂主要由轮辋、轮辐、偏距、轮缘与槽底构成。
轮辋与轮胎装配相配合，支撑轮胎的车轮部分；轮辐与车轴轮毂实施安装连接，支撑轮辋的车轮部分。
轮毂组成部分如图1所示。
目前市场上的汽车轮毂主要分为3种：钢制轮毂、铝合金轮毂以及镁合金轮毂。
钢制轮毂在市场上已不多见，大部分适应用于卡车或必须承载重量较大的车辆所使用，优点是结构强度高与耐冲击性良好，但缺点是重量重；铝合金轮毂以铝合金为基本材料，并适当加入各种金属元素，如：锰、镁、铬等元素，铝合金轮圈除了在造型上更加多变外，还具有形性好、质量轻，具有可回收等一系列优点，对减轻车身重量、节能减排都有着很大的影响；镁合金轮毂在汽车上的使用并非最近才出现的，是近几年来汽车市场上较为少见的产品，碳纤维轮圈具有高强度低重量的物理特性，同等体积的碳纤维强度为钢制轮毂10倍，重量却仅有钢制轮毂的1/4，但制造成本也比传统工艺高许多，且目前无法量产化，因此目前只有顶级轿车或跑车才会使用。
《2024年铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》范文
《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金车轮因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，逐渐成为现代汽车制造领域的主要选择。
然而，铝合金车轮在长期使用过程中会受到弯曲疲劳的影响，导致其性能逐渐降低，甚至出现失效现象。
因此，对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究显得尤为重要。
本文将针对铝合金车轮的弯曲疲劳实验进行详细分析，并探讨其失效原因及相应的工艺改进措施。
二、铝合金车轮弯曲疲劳实验方法及过程铝合金车轮的弯曲疲劳实验主要通过模拟车辆在实际使用过程中所承受的弯曲载荷，以评估车轮的耐久性能。
实验过程中，将铝合金车轮置于专用的测试设备上，通过施加循环的弯曲载荷，观察车轮的变形情况及疲劳性能。
此外，还需对实验过程中的温度、湿度、载荷等参数进行严格控制，以保证实验结果的准确性。
三、铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析铝合金车轮在弯曲疲劳实验中，常见的失效形式包括裂纹、变形及断裂等。
其中，裂纹是导致车轮失效的主要原因之一。
裂纹的产生往往与材料性能、制造工艺及使用环境等因素密切相关。
此外，变形和断裂也是铝合金车轮在实验过程中常见的失效现象，这些现象往往与材料的疲劳性能及应力分布有关。
四、铝合金车轮弯曲疲劳失效原因分析铝合金车轮弯曲疲劳失效的原因主要包括材料性能、制造工艺及使用环境等方面。
首先，材料性能是影响车轮疲劳性能的重要因素，如材料的强度、硬度、韧性等。
其次，制造工艺对车轮的质量及性能具有重要影响，如铸造、加工、表面处理等环节。
此外，使用环境也是导致车轮失效的重要因素，如道路状况、气候条件、载重等。
五、铝合金车轮工艺改进措施针对铝合金车轮的弯曲疲劳失效问题，可采取以下工艺改进措施：1. 优化材料性能：通过调整合金成分、提高材料硬度及韧性等手段，提高铝合金车轮的抗疲劳性能。
2. 改进制造工艺：优化铸造、加工及表面处理等环节，提高车轮的制造精度及表面质量。
3. 合理设计结构：根据使用需求及道路状况，合理设计车轮的结构及尺寸，以降低应力集中及提高疲劳性能。
基于有限元分析的铝合金车轮弯曲疲劳寿命的预测
第 ｌ ２期
机 械 设计 与制 造
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文 章 编 号 ：０ １ ９ ７ ２ ０ ）２— ０ ５一Ｏ １０ —３ ９ （０ ６ １ ０ ８ ２
基 童 水光 闫胜 暂 张 响 徐 立 （ 浙江 大学 化 工机 械研 究所 Ｃ ＡＤ室 ， 州 ３０ ２ ） 杭 １０ ７
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【 要】 摘 研究Ｉ ＤＡ 软 铝合 — ＥＳ 件下 金车 轮弯曲 试 疲劳 验力学 析模型的 立 数值 拟， ２ 分 建 及其 模 结
合铝合金材料特性运用名义应力法预测车轮的弯曲疲劳寿命， 并与试验数据进行分析比较， 证明了 ２ ｊ 预测寿命与试验寿命基本一致， 也验证了 预测方法的可行性和有效性。 ２ ５ 关键词： 车轮； 弯曲试验； 疲劳寿命； 有限元 ２
有着 重要 的意义 。计算机辅助工程 的应用 ，为结构寿命 预测提 供了可靠 的手段 ，使设计人员在产品开发的初级阶段就可以进
行 仿 真分 析 。 出相 对 可 靠 的预 测 寿命 。 短 开 发 周 期 ， 省 费 得 缩 节
用。要建 立准确 的疲劳寿命预测方法 ，精确的有限元模 型和充 分 的试验数据验证是必需的 ，国 内这方 面的研究仍有 限。本 文 就有 限元模型方面展开研究 ， 以汽车车轮的弯曲疲劳试验为例 ， 用 Ｉ Ｅ Ｓ软件建立精确 的有限元模型 ， —Ｄ Ａ 得出车轮结构 的应 力 分布 ， 结合 名义应力 法预测其疲劳 寿命 ， 与大量试验数 据进行 并 比较分析 ， 验证该模 型的可靠性 。
｛ ａａ ｓ ｎ ｏ ￡ ｒ ｌｉ，ｗ ｉ ｒ ｅ ａ ｔ ａ ｆａ ｂ ｎ ｅ ｉ． ｎ ｌ ｉ ｏｅ ｃ ｓ ｔ ｋ ａ ｌ ｙｓ ｓ ｉ ｌ ｅｏ ｅ ｅ ｈｃ ｐｏ ｄｔ ｔｈ ｗ ｙｓ ｅｓ ｌａ ｅ ｃｖ ｆ ｈ ｖ ｈ ｅ ｉ ｉｅ ｄ ｆ ｔｅ ５
《2024年铝合金车轮双轴疲劳试验数值模拟研究》范文
《铝合金车轮双轴疲劳试验数值模拟研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性及高强度等优点得到了广泛的应用。
为了评估铝合金车轮在长期使用中的可靠性和耐久性，双轴疲劳试验成为了关键性的检测手段。
然而，传统试验方法存在成本高、周期长等问题。
因此，本文提出了一种铝合金车轮双轴疲劳试验的数值模拟研究方法，旨在为实际试验提供理论依据和优化方向。
二、研究背景及意义铝合金车轮因其优异的性能在汽车行业中得到了广泛应用。
然而，在长期使用过程中，车轮可能会受到各种复杂应力的作用，导致疲劳损伤。
双轴疲劳试验是评估车轮疲劳性能的重要手段，但传统试验方法存在诸多不足。
因此，开展铝合金车轮双轴疲劳试验的数值模拟研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
三、数值模拟方法及模型建立1. 数值模拟方法本研究采用有限元法进行数值模拟。
有限元法通过将连续体离散成有限个单元，对每个单元进行分析，从而得到整个结构的近似解。
该方法在处理复杂问题时具有较高的精度和效率。
2. 模型建立在建立铝合金车轮双轴疲劳试验的数值模型时，需要考虑车轮的几何形状、材料属性、边界条件等因素。
首先，根据实际车轮的几何形状建立三维模型；其次，赋予模型正确的材料属性，包括弹性模量、泊松比、屈服强度等；最后，设置边界条件，包括加载方式、约束条件等。
四、双轴疲劳试验过程模拟1. 加载方式在双轴疲劳试验中，车轮受到复杂的应力作用。
因此，在数值模拟中需要设置合理的加载方式，以模拟实际试验中的应力状态。
本研究采用循环加载方式，通过设置不同的循环次数和应力水平来模拟不同工况下的车轮疲劳性能。
2. 疲劳损伤分析在双轴疲劳试验过程中，车轮会受到循环应力的作用，导致疲劳损伤。
为了评估车轮的疲劳性能，需要对损伤进行定量分析。
本研究采用基于应变-寿命曲线的疲劳损伤分析方法，通过计算各部位的应变能量密度来评估车轮的疲劳性能。
五、结果与讨论1. 结果展示通过数值模拟，我们得到了铝合金车轮在双轴疲劳试验过程中的应力分布、应变能量密度等关键数据。
《2024年铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》范文
《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性强和良好的成形性等特点，在汽车工业中得到了广泛应用。
然而，其在实际使用中经常面临弯曲疲劳的问题，导致失效和安全隐患。
因此，对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨铝合金车轮在弯曲疲劳实验中的失效模式，并对其工艺进行深入研究。
二、铝合金车轮弯曲疲劳实验方法及设备铝合金车轮的弯曲疲劳实验主要借助专用的实验设备进行，如轮毂弯曲测试机等。
通过设定一定的加载速度、位移、循环次数等参数，模拟车轮在实际使用中的受力情况。
在实验过程中，记录下数据，包括加载力、位移、循环次数等，以及车轮的形变情况。
三、铝合金车轮弯曲疲劳实验失效模式分析经过大量的实验数据收集与分析，铝合金车轮的弯曲疲劳失效模式主要有以下几种：1. 表面裂纹：在反复的弯曲过程中，车轮表面可能出现裂纹，这是由于材料表面受到的应力超过了其承受极限。
2. 内部断裂：由于材料内部存在缺陷或应力集中现象，导致在长时间的弯曲过程中出现内部断裂。
3. 形变过大：车轮在持续的弯曲作用下，其形状可能发生永久性的变化，超过了一定的范围。
四、铝合金车轮的工艺研究针对铝合金车轮的失效模式，我们需要对其生产工艺进行优化。
主要的工艺包括材料选择、铸造工艺、热处理等。
1. 材料选择：选择具有高强度、高韧性和良好抗疲劳性能的铝合金材料。
2. 铸造工艺：优化铸造过程中的温度控制、模具设计等，减少内部应力集中和缺陷的产生。
3. 热处理：对铸造后的车轮进行适当的热处理，提高材料的性能。
五、工艺优化建议与实验验证根据上述的工艺研究，我们提出以下优化建议：1. 选择更加优质的铝合金材料。
2. 对铸造过程进行精细化控制，如优化温度控制范围、模具材料及设计等。
3. 对车轮进行适当的热处理，如淬火和回火等，提高其力学性能和抗疲劳性能。
为了验证这些优化建议的有效性，我们进行了对比实验。
《2024年铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》范文
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，逐渐成为现代汽车的重要部件。
了解铝合金轮毂的力学性能及进行有限元分析，对于提高其设计水平、优化结构、增强安全性能具有重要意义。
本文将重点探讨铝合金轮毂的力学性能及有限元分析方法。
二、铝合金轮毂的力学性能1. 强度与刚度铝合金轮毂的强度和刚度是评价其力学性能的重要指标。
铝合金材料具有较高的屈服强度和抗拉强度，使得轮毂在承受载荷时能够保持较好的稳定性。
此外，铝合金轮毂的刚度也较高，能够有效地抵抗弯曲和扭曲变形。
2. 耐疲劳性能铝合金轮毂在使用过程中需要承受周期性载荷，因此其耐疲劳性能尤为重要。
铝合金材料具有良好的耐疲劳性能，能够在长期使用过程中保持较好的机械性能。
此外，通过合理的结构设计，可以进一步提高铝合金轮毂的耐疲劳性能。
3. 抗冲击性能铝合金轮毂在行驶过程中可能会受到意外冲击，因此其抗冲击性能也是评价其力学性能的重要指标。
铝合金材料具有较好的吸能和缓冲性能，能够在受到冲击时吸收部分能量，减少对轮毂本身的损伤。
三、铝合金轮毂的有限元分析有限元分析是一种有效的工程分析方法，可以用于研究铝合金轮毂的力学性能。
通过建立轮毂的三维模型，并利用有限元软件进行网格划分、材料属性赋值、边界条件设定等操作，可以实现对轮毂的力学性能进行仿真分析。
1. 网格划分与材料属性赋值在有限元分析中，首先需要对轮毂进行网格划分，将轮毂离散化为有限个单元。
然后，为每个单元赋予铝合金材料的属性，如弹性模量、密度、泊松比等。
这些属性将直接影响有限元分析的结果。
2. 边界条件设定与加载在有限元分析中，需要设定轮毂的边界条件，如约束轮毂的旋转自由度等。
然后，在轮毂上施加载荷，如径向力、侧向力等。
这些载荷将用于模拟轮毂在实际使用过程中的受力情况。
3. 仿真结果分析与优化设计通过有限元分析软件进行计算，可以得到轮毂在各种工况下的应力、应变、位移等结果。
基于Ansys Workbench的铝合金轮毂结构的疲劳分析
基于Ansys Workbench的铝合金轮毂结构的疲劳分析徐浩【摘要】车轮是汽车上主要的运动和支撑部件,镁合金由于其具有高强度、良好的导热性、重量轻等特点,因此在当今汽车上的应用越来越多.但统计可知,轮毂仍是车辆故障的常见零件之一.本文从轮毂的实际结构出发,以Ansys Workbench有限元分析软件作为分析工具,模拟分析某家用轿车的轮毂使用情况,验证了该材料的性能满足要求的同时找出易发生故障的部位,为车辆后续维修、优化提供了理论依据.【期刊名称】《三门峡职业技术学院学报》【年(卷),期】2018(017)001【总页数】3页(P142-144)【关键词】轮毂;Ansys Workbench;疲劳【作者】徐浩【作者单位】商丘工学院机械工程学院,河南商丘476000【正文语种】中文【中图分类】U463.34随着世界范围性的环保法规的日趋严格以及人们环保意识的不断加强，汽车排放法规也越来越严，汽车重量作为影响车辆排放的主要因素之一在环保中占据的地位日益重要。
因此汽车轻量化设计已成为当今汽车行业主流的研发方向之一，轮毂是车辆行驶系中轮胎装配的基础，对轮毂进行优化设计能够有效降低整车质量[1]。
实测可知，采用铝合金材料的轮毂质量为7.852Kg，而相同尺寸下，普通材料轮毂质量为20.714Kg，以每辆车5条轮胎（含备胎）计算，采用铝合金材料的轮毂的车辆整备质量可以降低64.31Kg，占车辆整备质量的5.145%。
由《汽车用钢轻量化战略合作框架协议》可知，汽车自重每减少10%,可降低油耗6～8%,排放降低12%。
笔者选用LC4铝合金铸造成型工艺的整体式车轮为研究对象，参照汽车行业标准GB/T5334－2005《乘用车车轮性能要求和试验方法》所规定的轻质合金车轮的动态弯曲疲劳性能和动态径向疲劳性能试验所要求的加载参数和试验方法[2]，利用Ansys Workbench软件对车轮的动态疲劳试验进行模拟分析，从而为车辆的优化设计、故障检测及维修提供有力的理论支撑。
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轮毂主要是由轮辐和轮辋构成， 本文研究的 是铸造制的铝合金辐板式轮毂， 建立五通风孔辐 板式轮毂模型，采用整体深槽式轮辋。 汽车进行弯 曲试验时，根据 GB/T5334-2005《车用车车轮性能 要 求 和 试 验 方 法 》， 实 验 系 统 中 包 括 加 载 轴 ， 连 接
基于 ANSYS 的汽车铝合金轮毂弯曲疲劳分析及优化
宋渊，徐燚
（230009 安徽省 合肥市 合肥工业大学 机械与汽车工程学院）
［摘要］ 轮毂是汽车重要的部件，因为它起到承载整个汽车重量的作用。 为了达到高强度和轻量化的要求，
在对汽车的轮毂进行设计时，需要对其形状及尺寸上进行合理的优化设计，以减轻汽车轮毂的质量。 采用
图 1 弯曲试验有限元模型 Fig.1 Finite element model of bending test
1.1 单元类型及材料属性 选用 SOLID45 单元进行网格划分。 单元通过
8 个节点来定义，每个节点有 3 个沿着 x,y,z;方向 平移的自由度。 单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强 化、大变形和大应变能力[4]。 轮毂材料为 A356 的 铸造铝合金。 在有限元分析中, 材料特性参数的准 确与否将在很大程度上影响仿真效果和计算结果 的真实度。为了获得精确的材料特性属性值, 直接 从铝合金轮毂的轮缘处取样, 用静拉伸试验测得 轮毂及半轴材料特征参数如表 1。
第 51 卷 第 8 期 Vol． 51 No． 8
农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL E农Q业UI装PM备EN与T车&辆V工EH程ICLE ENGINEERING
2013 年 8 月 Augu2s0t 12301年3
doi：10．3969 ／ j．issn．1673－3142．2013．08．007
量减小了，确保轮毂在强度达到要求的前提下，使轮毂达到轻量化。
［关 键 词 ］轮 毂 ；弯 曲 疲 劳 分 析 ；ANSYS；优 化 ；轻 量 化
［中图分类号］ U463.343 ［文献标志码］ A
［文章编号］ 1673-3142(2013)08-0024-05
Bending Fatigue Analysis and Optimization of Aluminum Alloy Wheel Hub for Automobile Based on ANSYS
S— ——强化实验系数，即安全系数，取 1.6。 求得弯
矩：M=1 845 N·m。 进而可以由公式：
f＝M/L
（4）
式中：L 为加载力臂的长度，取值为 0.6m。
求出轮毂所受到偏心力：f＝3 075 N
2 轮毂弯曲疲劳试验仿真及分析
轮毂弯曲疲劳试验的实际载荷是连续作用在 加载轴端部的周期作用力。 在 ANSYS 中如果对整 个过程全部进行模拟， 那么模拟的时间将相当巨 大。 实际分析过程只分析一个周期，在加载轴的底 端施加负载。 由于轮毂所承受的是反复的弯曲负 荷，因此在仿真过程中，作用力的施加方式是以等 间隔角度依次施加于的测试轴底端上。 本文将作
Song Yuan， Xu Yi （School of Mechanical and Automotive Engineering， Hefei University of Technology， Hefei City， Anhui Province 230009， China） ［Abstract］ Wheel hub is one of the important parts of automobile because of bearing the entire weight of the car． In order to achieve high strength and lightweight， reasonable optimization design on the shape and size was needed to reduce the weight of wheel hub． Parametric model of automobile wheel hub of five spoke plates was created by the APDL language which was provided by ANSYS software， and the bending load on wheel hub was calculated according to relevant parameters of 7180 car． Then the bending fatigue was analyzed with ANSYS software． At last， the size optimization was carried out． After the optimization and analysis， the weight of wheel hub was reduced． On the premise of ensuring the wheel hub strength， the lightweight of wheel hub was achieved． ［Key words］ wheel hub； bending fatigue analysis； ANSYS； optimization； lightweight
从应力结果图可以看出：最大应力值为 178.4 MPa, 小于铝合金轮毅的屈服强度 240MPa。 轮毂 具有较大的强度储备, 因此有必要进行进一步的 优化设计以减轻整个轮毂的自重。 同时疲劳危险
图 7 90 °应力图 Fig.7 Stress diagram (90 °)
2013 年
图 3 0 °应力图 Fig.3 Stress diagram (0 °)
图 5 45 °应力图 Fig.5 Stress diagram (45 °)
图 6 45 °变形图 Fig.6 Deformation diagram (45 °)
第 51 卷第 8 期
宋渊 等： 基于 ANSYS 的汽车铝合金轮毂弯曲疲劳分析及优化
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盘，铝合金轮毂以及螺栓[2]等结构。 为了更真实的 模拟弯曲疲劳试验的工况，在 ANSYS12.0 中建立 仿真模型，进行了部分简化处理，采用粘接方式使 加载轴、安装盘、轮毂成一体便于力的传递。 所得 有限元结构模型如图 1 所示。
（3）
式中：μ— ——汽车在行驶时, 路面与轮胎之间的摩
擦系数, 其值取为 0.7；R— ——静负荷半径, 取值为
R=(14×25.4＋195×0.6) ×0.5＝0.236 3 m；D— ——轮毂
的偏置距又叫偏径, 取值为 0.035 m；F— ——轮毂最
大额定载荷， 由轮毂厂规定， 取 F＝Fmax＝575 5 N；
收稿日期：2013－06－20 修回日期：2013－07－01
本文以 7180 型轿车轮毂型号 14*6.5J 为研究 对象，汽车轮毂采用铝合金材料。 轮毂的实体模型 的建立以及校核和优化是通过 ANSYS12.0 来进行 的。 在 ANSYS 建模完成后，在 ANSYS 中对轮毂进 行定义材料类型，然后划分网格，施加约束，然后加 载轮毂受到的弯曲载荷，查看轮毂的强度是否达到 要求。 在轮毂的尺寸优化方面,选取轮辋厚度、轮辐 厚度、安装凸台厚度以及凸台与辐板过渡半径这些 对轻量化设计影响较大的参数作为设计变量,同时, 根据铝合金的材料性质, 设置不超过其强度极限和 变形极限的变化范围作为状态变量, 以满足轮毂安 全使用性能, 以及尽可能地符合实际工况。
表 1 轮毂与加载轴材料属性 Tab.1 Material properties of wheel hub and loading axle
材料类型 铝合金 钢
弹性模量 ／ MPa 7.2E004 2.1E005
泊松比 0.33 0.29
密度 ／ （t ／ mm3） 2.6E00-9 7.8E00-9
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农业装备与车辆工程
用力在这一周期内作用的角度范围(360 °)等分为 16 等分，亦即作用力之问的间隔为 22.5 °，并依次 施加，共计进行分析 16 次而成一完整作用力周期 分析，由于轮毂为对称模型，在在圆周的某点受拉 肯定在其直径方向的点受压，因此只对 0 °～180 ° 进行加载分析， 采用第四强度理论。 即 von mises 应力表示。 见图 3～图 10。
and adding the restrictions
1.2 轮毂弯曲试验轴端力计算
轮毂所受的最大载荷[8]可以表示为
Fmax =
W×ni 3
+
G 6
（1）
式 中 ：W— ——汽 车 自 身 的 重 量 ，ni— ——载 荷 影 响 系
数；G— ——汽车满载负，即：
图 4 0 °加载轴变形图 Fig.4 Deformation diagram of loading axle (0 °)
图 8 90 °变形图 Fig.8 Deformation diagram (90 °)
图 9 157.5 °应力图 Fig.9 Stress diagram (157.5 °)
n4— ——其他影响系数，一般取值：1-1.1。 结合实际
情况, 各系数分别取值为 n1＝1.05, n2＝1.1, n3＝1.05,
n4＝1.05 ,将 各 系 数 代 入 式 (2),得 到 载 荷 影 响 系 数
ni＝1.27。
本 文 研 究 以 桑 塔 纳 2000-GLi-1.8 时 代 阳 光
（国 2）为例，车的质量为 1 210 kg，则该车的重量
为：1 210×9.8＝11 858 N, 因此轮毂所受的最大载
荷为：Fmax＝（11 858×1.27）/3+4 410/6＝5 755 N。 轮
毂在实际工况下, 不仅支撑了整个汽车的载重, 而