铝合金车轮径向疲劳试验的数值仿真_韦东来
《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。
《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飞速发展，铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性及良好的铸造性能等特点，正被广泛应用在各类汽车中。
因此，铝合金车轮的性能、可靠性及寿命成为研究者们关注的重点。
而双轴疲劳试验作为一种有效评估车轮力学性能的方法，具有显著的研究价值。
鉴于此，本文以铝合金车轮为研究对象，开展双轴疲劳试验的数值模拟研究。
通过该方法，不仅可以有效地模拟真实工况下的车轮运行情况，而且能更加深入地理解和掌握车轮在各种工况下的疲劳性能。
二、铝合金车轮的特性和应用铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性等特性，被广泛应用于现代汽车制造中。
其独特的物理和化学性质使得它成为汽车零部件制造的理想材料。
然而，由于使用环境复杂多变，铝合金车轮在长期使用过程中可能会产生疲劳损伤，甚至出现断裂等严重问题。
因此，对铝合金车轮的疲劳性能进行深入研究，对于提高其使用寿命和保证行车安全具有重要意义。
三、双轴疲劳试验及其数值模拟方法双轴疲劳试验是一种通过模拟车轮在实际行驶过程中所受的力，来评估车轮力学性能的试验方法。
这种方法能够真实地反映车轮在各种工况下的工作状态，包括纵向和横向的应力、应变等。
而数值模拟则可以通过建立精确的数学模型，对双轴疲劳试验进行模拟和预测。
本文采用有限元法进行数值模拟。
首先，根据铝合金车轮的实际尺寸和结构，建立精确的三维模型。
然后，通过设定合理的材料属性、边界条件和载荷条件，对模型进行网格划分和求解。
最后，通过后处理程序对结果进行分析和可视化，从而得到车轮在双轴疲劳试验中的应力、应变等数据。
四、铝合金车轮双轴疲劳试验数值模拟研究在本研究中，我们通过数值模拟的方法，对铝合金车轮进行了双轴疲劳试验的模拟。
我们首先设定了多种不同的工况，包括不同的载荷、速度和温度等条件。
然后，通过有限元法对这些工况下的车轮进行了详细的模拟和分析。
我们的研究结果显示，铝合金车轮在双轴疲劳试验中，其应力、应变等数据呈现出明显的规律性。
《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。
《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、高强度、耐腐蚀等优点，逐渐成为汽车制造领域的主流选择。
然而，铝合金车轮在实际使用过程中，特别是在复杂多变的道路条件下，会受到各种形式的应力与疲劳损伤。
因此，对铝合金车轮的疲劳性能进行深入研究，对于提高车轮的使用寿命和安全性具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟的方法，对铝合金车轮双轴疲劳试验进行深入研究，以期为车轮的设计与制造提供理论支持。
二、铝合金车轮材料与结构特性铝合金车轮具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，其材料特性主要表现在高弹性模量、低密度、良好的延展性和加工性。
此外，铝合金车轮的结构设计也对其性能有着重要影响。
在双轴疲劳试验中，车轮所受的应力分布、传递和扩散均与车轮的结构特性密切相关。
三、双轴疲劳试验原理及方法双轴疲劳试验是一种模拟车轮在实际使用过程中所受应力与变形的试验方法。
在试验中，通过施加双轴向的交变载荷，模拟车轮在道路行驶过程中的各种应力状态。
通过观察和分析试验过程中车轮的应力分布、变形情况以及疲劳损伤程度，可以评估车轮的疲劳性能。
四、数值模拟方法及模型建立数值模拟是研究铝合金车轮双轴疲劳试验的有效手段。
通过建立精确的有限元模型，可以模拟双轴疲劳试验过程中车轮的应力分布、变形情况以及疲劳损伤程度。
在模型建立过程中，需要考虑材料的非线性、弹塑性等特性，以及边界条件、接触关系等因素。
此外，还需要对模型进行验证和优化，以确保模拟结果的准确性。
五、数值模拟结果分析通过对铝合金车轮双轴疲劳试验的数值模拟，可以得到车轮在各种工况下的应力分布、变形情况以及疲劳损伤程度。
通过对模拟结果的分析，可以得出以下结论：1. 铝合金车轮在双轴疲劳试验中，应力主要集中在轮辐与轮盘的连接处以及轮盘的外缘部分。
这些区域的应力集中现象会导致车轮的疲劳损伤加速。
2. 在不同的工况下，铝合金车轮的应力分布和变形情况有所不同。
《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。
全表面车轮径向疲劳试验的数值仿真及疲劳寿命分析
全表面车轮径向疲劳试验的数值仿真及疲劳寿命分析宋桂秋;朱志鹏;李一鸣;王文山;张功【摘要】In order to predict the radial fatigue life of full surface steel wheel, a finite element analysis model for full surface wheel under radial fatigue test condition is established, with consideration of the effects of test pressure of tire on wheel, and making the radial load applying process as close as possible to real conditions. Apply-ing changing radial load to find the location of dangerous area, get the loading history of the hazardous node of wheel, and hence predict the fatigue life of wheel in radial fatigue test. ANSYS Workbench platform is used for the first time in China to conduct the radial fatigue analysis of wheels, providing a quick and reliable method of wheel radial fatigue analysis.%为对钢制全表面车轮的径向疲劳寿命进行预测,本文中针对全表面车轮的径向疲劳试验工况建立了有限元分析模型,考虑了轮胎的试验气压对车轮的影响,且使试验中径向载荷的施加过程尽可能接近真实工况.加载变化的径向载荷后得到危险区域的位置并得到车轮危险节点的载荷历程,预测车轮在径向疲劳试验时的疲劳寿命.在国内率先使用ANSYS Workbench分析平台对车轮进行径向疲劳分析,为车轮的径向疲劳分析提供了一种快捷且可靠的分析方法.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2017(039)005【总页数】5页(P556-560)【关键词】全表面车轮;径向疲劳;ANSYSWorkbench【作者】宋桂秋;朱志鹏;李一鸣;王文山;张功【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,沈阳 110004;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳 110004;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳 110004;山东通力车轮有限公司,诸城 262200;中国人民解放军65066部队二大队,沈阳 110004【正文语种】中文全表面车轮是一款新型的钢制车轮，较传统的钢制车轮具有外形美观、通风孔大等优点，本文中将针对某型号的全表面车轮进行研究。
《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、引言在汽车工业中，铝合金车轮以其轻量化、耐腐蚀性以及高强度等特点得到了广泛的应用。
然而，随着汽车工业的快速发展，对车轮的耐久性和可靠性提出了更高的要求。
双轴疲劳试验是评估车轮在复杂工况下性能的重要手段。
传统的双轴疲劳试验通常依赖于物理试验，不仅成本高昂，而且耗时较长。
因此，通过数值模拟技术对铝合金车轮双轴疲劳试验进行研究，既能够节省成本，又能够快速得到结果，为实际的车轮设计和制造提供有力支持。
二、铝合金车轮的材料与结构特点铝合金车轮通常采用轻质铝合金材料制造，其具有较高的比强度和良好的塑性。
车轮的结构设计也经过了精细的优化，以适应不同的使用需求。
铝合金车轮的这些特点使其在汽车工业中得到了广泛的应用。
三、双轴疲劳试验原理及重要性双轴疲劳试验是一种模拟车轮在实际使用中受到的复杂应力状态的试验方法。
通过双轴疲劳试验，可以评估车轮在多种工况下的耐久性和可靠性。
该试验对于预测车轮的使用寿命、优化设计以及提高产品质量具有重要意义。
四、数值模拟方法及模型建立1. 有限元分析方法：采用有限元分析软件对铝合金车轮进行建模和数值模拟。
通过建立精确的几何模型和材料模型，可以模拟车轮在双轴疲劳试验中的应力分布和变形情况。
2. 模型建立：根据铝合金车轮的实际尺寸和结构特点，建立精确的有限元模型。
在模型中考虑材料的非线性、塑性以及蠕变等特性，以更准确地反映实际工况下的车轮性能。
五、数值模拟结果与分析1. 应力分布：通过数值模拟，可以获得车轮在不同工况下的应力分布情况。
这包括车轮在不同角度下的弯曲、扭转以及剪切等应力状态。
2. 疲劳寿命预测：根据数值模拟结果，可以预测车轮的疲劳寿命。
通过分析不同区域的应力集中情况以及材料的疲劳性能，可以评估车轮在不同工况下的使用寿命。
3. 结果分析：将数值模拟结果与实际双轴疲劳试验结果进行对比，验证数值模拟方法的准确性和可靠性。
通过对模拟结果进行深入分析，可以优化车轮的设计和制造工艺，提高产品的性能和寿命。
车轮径向疲劳试验有限元仿真及疲劳寿命估算
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针对 目前双摆角数控铣头研究现状中亟待解决的精度和扭
ｒｌｆｒａｅ ｈｅｓ ｕｔｒ ｉｐｏｅ ｎ ｏｅｏ ｒ ｅｌｔ ｃｕｅ ｍ ｒｙｍｅｔ ｌ ｗ ｒ ｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｈｅ ｌ Ｒｉ ； Ｗ ｅ ； ｍ Ｒａｄｉ ａ ｉ ｕｅｔ ｓ ； ａｌ ｔｇ ｅ ｔＦＥＭ ｉ ｕｌ ｔｏ Ｆａ ｉ ｕｅｌ ｅ ｆ ｓｍ ａ ｉ ｎ； ｔｇ ｆ ｉ
【 摘
要】 采用有限元分析方法， 建立汽车车轮有限元模型， 模拟车轮径 向疲劳试验施加合理的栽
荷及 边界条 件 。通过 分析 车轮 试验过 程 中的应力 变化 情 况 ， 出高应 力集 中区域及其各 主应 力值 ， 用 得 运
疲劳寿命计算理论及 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 软件估算车轮 的疲劳寿命。 通过与车轮径向疲劳试验结果进行比较 ， 结果
验进行仿真模拟及疲劳寿命估算 ， 的是得到此车轮在动态径向疲 １７ ０ 目 ２ ６ 个单元和 ５ ２３个节点口如 图 ２ ０９ ， 所示 。 不考虑轮辐和轮辋
★ 来稿 日 ： １— ８ ０ ★基金项 目： 期 ２ ０ ０—６ ０ 厦门市科技计划 高校创新项 目（５ ２ ２ ｏ ３ ４ ） ３ Ｏ ｚ ｏ ８ ０ ４
新型双摆角数控铣头。
矩兼顾问题 ， 研究精度保证技术和采用提高扭矩 的方案 ， 设计 出 参考文 献
（） １进行 了整体结构和传动方 案的分 析和论证 ；２采用力 （）
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铝合金车轮径向疲劳试验的数值仿真NUMERICAL SIMULATION FOR RADIAL FATIGUE TEST OFAN ALUMINUM ALLOY WHEEL韦东来 崔振山(上海交通大学国家模具C AD 工程研究中心,上海200030)WEI DongLai CUI ZhenShan(National Mold &Die CA D Enginee ring Researc h Center ,Shanghai Jiaotong Univ ersity ,Shanghai 200030,China )摘要 将动态接触转化成节点可相对移动的缓冲过渡层,提出径向疲劳模型中轮胎与轮辋接触问题的解决方法。
过渡层通过共用节点的方法离散成五面体单元,传递轮胎对轮辋的作用力。
由于过渡层刚度很小而且厚度小,所以对车轮刚度的影响可以忽略不计。
考虑到试验中转鼓与车轮的滚动接触切向力比较小,仅以等效的径向压力施加到轮胎上。
文中建立整个试验过程的有限元模型,通过与试验结果以及前人的成果相对比,表明分析模型是正确而有效的。
关键词 铝合金车轮 径向疲劳试验 非线性接触 数值仿真中图分类号 U463.34 U461.7 TG146.21A bstract By translating the dynamic contact to a transition cushion which nodes are movable to s ome extent ,a method to deal with the problem occurred in the contact between tyre and rim is proposed .The cushion is meshed using pentahedron elements which nodes are s hared with tyre and rim ,and the contact forces are transferred .The stiffness and thickness of this cushion is so small that can be ignored to the stiffness of the wheel .Considering the tangent force of the rolling contact between driving wheel and test wheel is rela -tive small ,an equivalent rad ial force is used to replace the load from driving wheel .The finite element model of the wheel is establis hed and the results shown in the final fatigue simulation demonstrates that the model is validated by comparing with the conclusions of experi -ments and preceding research .Key words A luminum alloy wheel ;Radial fatigue test ;Nonlinear contact ;Numerical simulationCorr es ponding autho r :WEI DongLai ,E -mail :wdo nglai @163.co m ,Tel :+86-21-62813430-8097,Fax :+86-21-62827605Manuscript received 20061024,in revised form 20070423.1 引言以铝材代替钢材是汽车轻量化的重要途径。
目前,压铸铝车轮以其重量轻、外形美观、良好的抗冲击性和耐疲劳性,已逐渐成为车轮行业的主流。
随着铝车轮造型的不断更新和需求量的增大,车轮的设计和试验周期越来越短,仅仅依靠物理试验结果来反复修正设计方案的常规方法已难以满足市场竞争的需要。
因此,利用CAE (computer aided engineering )分析软件对试验过程进行数值仿真,把设计和试验连成一体,能有效缩短开发周期,降低成本。
车轮径向疲劳试验是模拟汽车正常行驶时路面作用于车轮上的反作用力对车轮疲劳的影响,主要检查整个车轮的综合强度。
有关铝合金车轮径向疲劳试验数值仿真的相关报道还很少。
Karandikar 和Fuchs [1]开发出一套包含有限元分析及疲劳寿命预测的程序,用于预测车轮的疲劳寿命。
Marron 和Teracher[2]着重研究在保证车轮强度和寿命的前提下如何减轻轮辐的重量。
上述文献仅针对局部的应力分布状况进行研究,对于整个车轮能否通过疲劳测试,还没有可靠的分析结论。
台湾元智大学的徐业良[3]对铝合金车轮进行了径向疲劳模拟,并进行了优化,但是轮辋上没有安装轮胎,也没有给出轮胎对车轮应力的影响。
J .Stearns -[4]262-268分析了在径向载荷作用下轮辋与轮胎接触部位的应力分布,得出该应力分布近似服从余弦函数,从而直接将接触压力近似地分配于轮辋表面节点上。
清华大学的王霄锋[5]使用Algor 软件建立和计算车轮弯曲疲劳试验模型,对车轮的结构进行改进,降低了车轮应力水平。
哈尔滨工业大学的崔胜民[6]采用名义应力法和局部应力—应变法中的莫罗修正公式和史密斯修正公式,对车轮分别在等幅载荷和载荷谱作用下进行弯曲疲劳寿命预测。
但是他们模拟的对象都是Journal of Mechanical Strength2008,30(6):998～1002韦东来,男,1974年1月生,广西壮族自治区南宁市上林县人,壮族。
博士,研究方向为汽车零部件成形数值仿真和基于CAE 的产品稳健优化设计研究。
20061024收到初稿,20070423收到修改稿。
DOI :10.16579/j .issn .1001.9669.2008.06.028图1 动态径向疲劳试验装置示意图Fig .1 Wheel radial fati gue tes t图2 仿真模型:车轮、轮胎、载荷、约束与过渡层Fig .2 Finite element model :wheel ,tyre ,load ,cons traints and trans ition layer钢圈,而钢圈是以钢板冲压成型后焊接而成,建模简单,仅用板壳单元就可以离散。
由于受轮胎横截面几何模型、接触算法以及材料模型等因素的影响,目前轮胎与轮辋之间的接触问题仍然没有理想的解决方法[4]262-263[7-9]。
本文根据某车轮厂提供的铝合金车轮,进行车轮径向疲劳试验的数值仿真。
通过解决轮胎与轮辋之间的接触困难,考虑轮胎变形对轮辋应力分布的影响,并给出接触部位节点反力的变化曲线。
2 车轮的有限元模型根据汽车行业标准[10],试验用车轮直径为D ,轮胎尺寸和充气气压按照车轮规格选定。
在径向疲劳试验中,安装有轮胎的车轮由转鼓带动旋转,旋转过程中转鼓对轮胎施加径向负荷,如图1所示。
很明显,这是一个涉及接触问题的动态过程,但是如果采用动态显式算法,模拟车轮滚动时容易产生应变棘轮效应[11-12],而且转鼓与轮胎以及轮胎与轮辋之间的接触力误差较大,从而最终影响车轮的应力计算结果。
由于转鼓对轮胎施加压力的大小相对平稳,可以考虑约束车轮的转动而让压力依次施加到轮胎外围上,进行静力分析。
MSC .MARC 软件对轮胎超弹性大变形问题具有很强的分析能力,因此本文选用它进行车轮的应力分析。
在试验过程中,轮胎的变形对车轮的应力分布影响比较大。
但是轮胎材料一般由橡胶帘布和钢丝圈构成,结构也比较复杂,而且具有变形非均匀性,因此完全按照实际模型来建模还很困难。
此外,从车轮变形的角度看,轮胎起到传递径向与侧向载荷的作用,但是在此只关心车轮的变形和应力分布,而轮胎的应力应变分布并不重要。
因此,本文采用等效模型,根据轮胎规格和变形量专门设计轮胎模型。
该模型由壁厚为15mm 的轮胎体和壁厚为3mm 的胎圈构成一个封闭的胎环,全部离散成体单元。
材料模型采用MOONEY ,其本构关系基于橡胶是不可压缩的,而且在变形前是各向同性的超弹性材料。
应变能函数W 可以作为应变不变量的函数[13]404-405。
W =C 10( I 1-3)+C 01( I 3-3)(1)其中, I 1和 I 2为右Cauchy 变形偏张量的第一和第二不变量,C 10和C 01为材料系数。
通过适当地选择C 10和C 01的值,可以使等效模型的压缩量与实际情况一致。
轮辋受的作用力分为两部分,一是胎压,若只考虑无内胎车轮,则胎压均匀分布于整个轮胎,故在轮辋胎环部各点所受压力相等,可以将相当于胎压的均布压力施加于轮胎内部和轮辋胎环部。
另一作用力是鼓轮施加的外力,也就是径向与切向力的合力。
考虑试验中转鼓与车轮的滚动接触切向力比较小,仅以等效的径向压力施加到轮胎上。
通过把转鼓对轮胎的作用简化为一作用力,可以避免轮胎与转鼓的接触问题,节省计算时间。
由于轮辋所承受的是沿周向移动的径向载荷,因此分析仿真过程中,作用力的给定方式,是先约束住轮毂轴心部位,然后将径向压力依次施加于车轮与转鼓的接触部位。
为了避免分析时间过长,或者因作用力施加次数不足而造成分析误差过大,将该作用力的作用周期等分为36等分,亦即作用力与作用力的间隔为10°,并依次施加,共计进行分析36次而成一完整作用力周期。
仿真过程的计算模型如图2所示。
通过RBE3单元将作用力与接触面连接起来,可以保证作用力方向指向轴心,并且接触力均匀分布。
RBE3单元是一种约束单元,应用该单元可以按静力等效原则实现外力的施加,也可以实现节点自由度之间的协调关系。
连接点(也称之为参考点)上的力F A 和力矩M A 直接施加到连接面上的质心,并且附带了由于偏心距e 而产生的力矩F A e ;然后再根据RBE3单元几何形状以及被连接点的权重系数等效地分配到各个节点[13]638-639,如图3所示。
质心上的力按照权重系数比例分配到各个被连节点上;而力矩则以被连接点上的力表示,每个连接点上力的大小与其到质心的距离以及权重系数成正比,如图3b 和图3c 所示,关系式可以表示成以下形式。
需要 第30卷第6期韦东来等:铝合金车轮径向疲劳试验的数值仿真999 图3 RBE3单元传递力和力矩的示意图Fig.3 Transfer of force and moment by RBE3注意的是,在体单元上建立RBE3单元时,不应建立三个转动自由度的连接关系。