基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计
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。
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计
本科学生毕业设计基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-1班学生姓名：沈维梁指导教师：石美玉职称：教授黑龙江工程学院二○一一年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeBased on Finite Element Analysis Design of Car Alloy WheelsCandidate：Shen WeiliangSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-1Supervisor：Prof. Shi MeiyuHeilongjiang Institute of Technology2011-06·Harbin摘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。
关键词：铝合金车轮；结构设计；有限元分析；强度分析；模态分析ABSTRACTLightweight is the main trends of the world's automotive industry, lightweight materials such as the use of aluminum and its alloys is an effective way. At present, most automotive aluminum and its alloy wheels have been used to do as a material, using modern design methods, based on the further realization of this lightweight wheels is the Institute of this article.In the study of the CAD software Pro / E and ANSYS finite element analysis software functions and the main characteristics, the Emphasis was the application of ANSYS, the structural strength of aluminum alloy wheel analysis of the specific process.First ，uses the Pro / E software, according to the rim of the national standards, building wheel solid model; then the model into ANSYS, by 2005 China's auto industry standard in automotive light-alloy wheels and performance requirements and test methods under the fatigue test requirements defined load and then the strength analysis and the results showed that the wheel is much less than the maximum stress allowable stress of aluminum alloy, there is further improvement possible and necessary. Then, the improved wheel models, improved results show that the weight of the wheels have been significantly reduced.The results show that the use of CAE analysis technology helps improve the design of automobile wheel level, shorten design cycles, reduce development costs. The method is universal, applicable to any of his words and models to guide the design and analysis of the wheel.Key words: Aluminum Alloy Wheels; Structural Design; Finite Element Analysis; Strength Analysis; Modal Analysis目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................... I I 第1章绪论. (1)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)第2章车轮三维模型的建立 (6)2.1 Pro/E软件基础 (6)2.2车轮Pro/E模型的建立 (7)2.2.1车轮构造、种类及装配 (7)2.2.2 车轮三维模型建立过程 (9)2.3 本章小结 (15)第3 章车轮强度静态分析 (16)3.1 ANSYS软件基础 (16)3.2 Pro/E与ANSYS的接口创建 (17)3.3车轮几何模型的简化 (18)3.4 A356的材料特性 (18)3.5边界条件的处理 (18)3.6载荷的处理 (19)3.7车轮弯曲疲劳试验有限元模型 ............................................... 错误！未定义书签。
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》篇一一、引言铝合金轮毂以其轻量化、高强度和良好的抗腐蚀性等特点，在现代汽车工业中得到了广泛应用。
了解铝合金轮毂的力学性能和通过有限元分析（FEA）进行结构优化，对于提升汽车性能、保障行车安全具有重要意义。
本文将探讨铝合金轮毂的力学性能及其有限元分析方法。
二、铝合金轮毂的力学性能1. 轻量化与高强度铝合金轮毂的主要优点之一是其轻量化与高强度。
铝合金材料具有较低的密度，能够有效降低汽车整车的重量，从而提高燃油经济性。
同时，其高强度保证了轮毂在承受重载和冲击时能够保持结构的完整性。
2. 抗腐蚀性铝合金具有良好的抗腐蚀性，能够抵抗潮湿、盐雾等恶劣环境的侵蚀，延长了轮毂的使用寿命。
此外，铝合金轮毂的表面处理技术如喷涂、电镀等也能进一步提高其抗腐蚀性能。
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和结构优化。
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、材料属性定义、边界条件设定等步骤，可以对轮毂进行详细的力学分析。
1. 网格划分与材料属性定义在有限元分析中，首先需要对轮毂进行网格划分，将轮毂划分为若干个小的有限元单元。
然后根据铝合金的材料属性，如弹性模量、泊松比、屈服强度等，为每个单元赋予相应的材料属性。
2. 边界条件设定与加载在有限元分析中，需要设定边界条件，如约束、载荷等。
约束条件通常根据轮毂在实际使用中的固定方式来设定。
载荷则包括轮毂承受的重力、离心力、风阻等。
通过施加这些边界条件，可以模拟轮毂在实际使用中的受力情况。
3. 力学性能分析通过对轮毂进行有限元分析，可以得到其在各种工况下的应力、应变、位移等力学性能参数。
这些参数可以帮助我们了解轮毂的承载能力、刚度、抗疲劳性能等，为结构优化提供依据。
四、结构优化与改进通过有限元分析得到的力学性能参数，可以对铝合金轮毂的结构进行优化和改进。
例如，可以通过调整轮毂的厚度、形状、加强筋的位置和数量等，来提高其承载能力和抗疲劳性能。
铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究
铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究摘要：随着汽车工业的发展，轻量化设计成为将来汽车工程的一个重要方向。
车轮作为汽车的重要组成部分之一，其结构设计直接关系到汽车的性能和安全。
本文旨在通过有限元分析与实验研究的方法，探索铝合金车轮结构设计的优化方案，以达到轻量化和高强度的目标。
关键词：铝合金车轮、有限元分析、实验研究、结构设计 1. 引言随着汽车工业的不断发展，节能减排、环境友好以及安全性能成为汽车设计的重要关注点。
由于铝合金材料具有轻质、高强度、抗腐蚀等优势，因此在汽车制造领域得到广泛应用。
车轮作为汽车的关键组成部分之一，其结构设计对车辆的操控性能、燃油经济性以及乘坐舒适性等方面有着重要影响。
2. 有限元分析有限元分析是一种通过将实际结构离散化为有限个单元，采用数值计算方法对结构进行力学分析的方法。
本文选择ANSYS软件进行有限元分析，模拟铝合金车轮在不同载荷情况下的应力、应变分布。
3. 实验研究为了验证有限元分析的结果，本文进行了一系列的实验研究。
首先，通过采用合适的材料与工艺条件，制备出铝合金车轮样品。
然后，在实验室环境下，模拟真实道路条件进行加载实验，测量并记录车轮在不同载荷情况下的应力、应变数据。
最后，将实验结果与有限元分析的结果进行对比，验证有限元分析的准确性。
4. 结果与讨论基于有限元分析和实验研究的结果，发现在铝合金车轮的结构设计中，提高轮辐与轮毂的连接方式对车轮的强度和刚度具有重要影响。
通过优化连接方式，可以提高车轮的整体强度和刚度，提高其承载能力和抗疲劳性能。
此外，选用合适的铝合金材料以及适当的加工工艺，也能够有效地提高车轮的强度和刚度。
5. 结论本研究通过有限元分析和实验研究的方法，探索了铝合金车轮结构设计的优化方案。
结果表明，在设计铝合金车轮时，合理选择轮辐与轮毂的连接方式、选用适当的铝合金材料以及优化加工工艺等因素都对车轮的强度和刚度具有重要影响。
铝合金轮毂有限元分析及优化设计
铝合金轮毂有限元分析及优化设计作者：魏剑吴龙曾师尊来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2020年第03期摘要：为了提高轮毂的安全性和可靠性，本文主要对铝合金轮毂进行有限元分析及优化设计。
采用三维软件Creo30，对某铝合金轮毂进行实体建模，并导入Ansys软件中，分析其固定点在不同作用力与力矩方向时轮毂的动态弯曲疲劳、径向疲劳与冲击性能。
试验结果表明，该轮毂所受的最大应力远小于许用应力。
同时，为提高该轮毂的性能，对该轮毂的薄弱连接部位进行加强设计，并对其余部分进行轻量化设计。
研究结果表明，轮毂的整体质量减少了13413 g，其强度符合设计要求。
该研究对提高轮毂的使用寿命具有重要意义。
关键词：轮毂; 有限元分析; 弯曲疲劳; 径向疲劳; 冲击分析中图分类号： U463.343文献标识码： A2017年，我国发布了《节能與新能源汽车技术路线图》，根据该路线图，将大力推进Al、Mg合金、碳纤维复合材料等在汽车上的应用，推进轻量化材料制造技术的发展[1]。
目前，在汽车零部件设计中，国内铝合金轻量化材料的使用量仍低于国际水平，针对铝合金轻量化材料，胡泊洋等人[23]采用有限元分析方法，对脚踏板、蓄电池箱体支架、车门、底盘控制臂和牵引钩等进行分析，用铝合金替代传统钢材料，并通过仿真与试验研究，优化结构和尺寸，使零部件达到性能使用要求;朱红建[4]从分析汽车钢圈的主要载荷形式和失效形式入手，确定横向载荷是造成疲劳破坏的主要原因，并运用有限元分析软件，对汽车钢圈进行了结构分析，且对汽车使用寿命进行预测，同时运用优化理论对汽车钢圈进行优化设计，进而提高汽车钢圈的可靠性和使用寿命;Wang X F等人[513]利用有限元分析软件，对钢制、铝合金或镁合金车轮建立参数化模型，进行弯曲疲劳和径向疲劳试验模拟，得到轮毂的应力图和应变图，计算车轮上应力较大的区域，并分析危险点的应力状态，对各类型轮毂进行结构优化和刚强度分析，以达到轮毂轻量化目的。
《2024年铝合金轮毂的有限元分析》范文
《铝合金轮毂的有限元分析》篇一一、引言铝合金轮毂是现代汽车工业中广泛应用的重要部件之一。
随着汽车行业的飞速发展，对于车辆轻量化、耐用性和安全性的要求也日益提升。
因此，铝合金轮毂以其优良的物理性能和经济性得到了广大制造商的青睐。
然而，在实际使用中，铝合金轮毂的设计和生产需要充分考虑其复杂的工作环境和各种潜在风险。
因此，采用有限元分析（FEA）对铝合金轮毂进行性能分析和优化显得尤为重要。
二、铝合金轮毂的有限元模型建立1. 材料属性定义在有限元分析中，首先需要定义铝合金轮毂的材料属性。
这包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度等关键参数。
这些参数将直接影响模型的力学性能和应力分布。
2. 几何模型建立根据铝合金轮毂的实际几何形状和尺寸，建立精确的几何模型。
在建模过程中，应充分考虑轮毂的复杂结构和细节特征，以确保分析的准确性。
3. 网格划分将几何模型划分为适当的网格是有限元分析的关键步骤。
网格的划分应考虑到计算精度和计算效率的平衡，确保在关键区域有足够的网格密度。
三、铝合金轮毂的有限元分析1. 载荷和边界条件设置在有限元分析中，需要设置载荷和边界条件。
载荷包括车辆行驶过程中的惯性力、摩擦力等；边界条件则涉及到轮毂与轮胎的连接方式、约束等。
这些条件的设置将直接影响分析结果的准确性。
2. 应力分析通过有限元分析，可以获得铝合金轮毂在各种工况下的应力分布情况。
这包括静态应力、动态应力以及交变应力等。
分析结果将有助于评估轮毂的强度、刚度和耐久性。
3. 模态分析模态分析可以获取铝合金轮毂的振动特性，如各阶模态频率和振型。
这对于评估轮毂在复杂工作环境下的动态性能具有重要意义。
四、结果与讨论通过对铝合金轮毂的有限元分析，可以得到以下结论：1. 铝合金轮毂在各种工况下的应力分布情况，为优化设计提供依据；2. 模态分析结果有助于了解轮毂的动态性能，为降低振动和噪声提供参考；3. 通过对比不同设计方案的有限元分析结果，可以找到最优的设计方案，提高轮毂的性能和寿命；4. 有限元分析还可以用于评估铝合金轮毂在复杂工作环境中的潜在风险，为生产制造提供有力支持。
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计-任务书
毕业设计任务书学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级指导教师姓名职称教授从事专业车辆工程是否外聘□是√否题目名称基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计一、设计（论文）目的、意义实现汽车轻量化，提高燃油经济性，是汽车节能的最有效途径之一。
汽车减轻自重，不仅可减小汽车的行驶阻力，降低油耗，还有利于改善汽车的转向、加速、制动等性能，有利于降低噪声、减轻振动，为实现大功率创造条件。
同时轻量化带来的低油耗，使汽车的废气排放减少，对环境的污染程度也减小。
汽车轻量化有两大途径：一是采用轻量化材料，例如采用超高强度钢板，铝合金、镁合金等轻质材料代替传统的钢铁材料；一是优化、更改汽车的结构，缩小零部件尺寸，最大限度地减轻零部件的质量。
全球汽车工业越来越注重汽车的轻量化，表现在铝及其合金在汽车材料中所占的比重越来越大。
铝的比重是铁的1/3，具有良好的导热、导电性能，其机械加工性能比铁高4.5倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性；铝的铸造工业性能也比较好，可以获得薄壁复杂铸件。
现代轿车日益广泛使用铝材，已经成为一种趋势，例如轿车轮圈就是一个最明显的例子，80年代初，大部分轿车还是使用钢质轮圈，而今绝大部分轿车都是用铝合金轮圈了。
本课题借助CAD软件Pro/E，有限元分析软件ANSYS作为虚拟样机工具对给定的铝合金车轮进行强度分析，在保证强度和可靠性的前提下，对车轮进行优化，以进一步减少车轮质量，降低成本。
二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容：1.轿车铝合金车轮的初步设计；2.Pro/E建立车轮三维模型；3.有限元进行车轮强度静态分析；4.验证结果的可行性，改进设计，完成设计。
技术要求：1.以轿车铝合金车轮为设计对象；2.要求：有限元模型、载荷建立正确；3.生产纲领：成批生产。
三、设计完成后应提交的成果车轮有限元分析程序一份，车轮二维工程图一张，设计说明书2万字以上一份。
四、设计进度安排（1）知识准备、调研、收集资料、完成开题报告第1～2周（2.28～3.11）（2）整理资料、提出问题、撰写设计说明书草稿、熟悉Pro/E、ANSYS软件的使用第3～5周（3.14～4.1）（3）理论联系实际分析问题、解决问题，使用Pro/E、ANSYS软件完成铝合金车轮的三维设计、进行强度分析等部分设计内容，中期检查第6～8周（4.4～4.22）（4）改进完成设计，改进完成设计说明书，指导教师审核，学生修改第9～12周(4.25～5.20) （5）评阅教师评阅、学生修改第13周（5.23～5.27）（6）毕业设计预答辩第14周（5.30～6.3）（7）毕业设计修改第15～16周（6.6～6.17）（8）毕业设计答辩第17周（6.20～6.24）五、主要参考资料1.许路萍，邵光杰，李麟，张恒华.汽车轻量化用金属材料及其发展动态.上海金属2.李明惠，卢晓春.CAD/CAE/CAM一体化技术在汽车轻量化中的应用.公路与汽运3.两本以上Pro/E、ANSYS相关书籍；4.汽车设计、汽车构造书籍；5.机械制图、机械设计、互换性与技术测量相关书籍；6.轿车铝合金车轮设计资料7.网络资源，超星数字图书馆8.近几年相关专业CNKI网络期刊等六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日。
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》
《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、耐腐蚀性以及良好的成形性能等优势，已经成为了现代汽车制造业的标配。
为了更全面地理解铝合金轮毂的力学性能和其在各种条件下的应力分布，有限元分析（FEA）已成为不可或缺的辅助手段。
本文旨在研究铝合金轮毂的力学性能及其在有限元分析中的应用。
二、铝合金轮毂的力学性能铝合金轮毂的力学性能主要体现在其抗拉强度、屈服强度、冲击韧性以及疲劳强度等方面。
这些性能的优劣直接决定了轮毂的安全性和使用寿命。
1. 抗拉强度和屈服强度：铝合金的抗拉强度和屈服强度是衡量其抵抗外力破坏能力的关键指标。
铝合金轮毂通常需要具备较高的抗拉和屈服强度，以保证在高速行驶和复杂路况下不会发生断裂或变形。
2. 冲击韧性：冲击韧性是指材料在受到冲击载荷时吸收能量并保持其完整性的能力。
铝合金轮毂需要具备良好的冲击韧性，以应对突发情况如碰撞等。
3. 疲劳强度：由于轮毂需要长期承受车辆重力和路面反作用力等循环载荷，因此其疲劳强度也是一项重要的力学性能指标。
优质的铝合金轮毂应具备较高的疲劳强度，以延长其使用寿命。
三、有限元分析在铝合金轮毂中的应用有限元分析（FEA）是一种通过数值计算方法对实际物理系统进行模拟的技术。
在铝合金轮毂的设计和优化过程中，有限元分析具有重要的应用价值。
1. 模型建立：首先，根据铝合金轮毂的实际尺寸和结构，建立精确的有限元模型。
模型中需要考虑轮毂的材料属性、边界条件以及载荷情况等因素。
2. 材料属性定义：在有限元模型中，需要定义铝合金的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度、抗拉强度、屈服强度等。
这些属性将直接影响有限元分析的结果。
3. 载荷和边界条件设置：根据实际工作情况，设置轮毂所受的载荷和边界条件。
如车辆重力、路面反作用力、轮胎与轮毂之间的摩擦力等。
4. 求解和分析：通过求解有限元方程，得到轮毂在各种工况下的应力、应变、位移等结果。
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摘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。
关键词：铝合金车轮；结构设计；有限元分析；强度分析；模态分析ABSTRACTLightweight is the main trends of the world's automotive industry, lightweight materials such as the use of aluminum and its alloys is an effective way. At present, most automotive aluminum and its alloy wheels have been used to do as a material, using modern design methods, based on the further realization of this lightweight wheels is the Institute of this article.In the study of the CAD software Pro / E and ANSYS finite element analysis software functions and the main characteristics, the Emphasis was the application of ANSYS, the structural strength of aluminum alloy wheel analysis of the specific process.First ，uses the Pro / E software, according to the rim of the national standards, building wheel solid model; then the model into ANSYS, by 2005 China's auto industry standard in automotive light-alloy wheels and performance requirements and test methods under the fatigue test requirements defined load and then the strength analysis and the results showed that the wheel is much less than the maximum stress allowable stress of aluminum alloy, there is further improvement possible and necessary. Then, the improved wheel models, improved results show that the weight of the wheels have been significantly reduced.The results show that the use of CAE analysis technology helps improve the design of automobile wheel level, shorten design cycles, reduce development costs. The method is universal, applicable to any of his words and models to guide the design and analysis of the wheel.Key words: Aluminum Alloy Wheels; Structural Design; Finite Element Analysis; Strength Analysis; Modal Analysis目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................... I I 第1章绪论. (1)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 (3)1.4主要研究内容 (5)第2章车轮三维模型的建立 (5)2.1 Pro/E软件基础 (5)2.2车轮Pro/E模型的建立 (6)2.2.1车轮构造、种类及装配 (6)2.2.2 车轮三维模型建立过程 (9)2.3 本章小结 (15)第3 章车轮强度静态分析 (16)3.1 ANSYS软件基础 (16)3.2 Pro/E与ANSYS的接口创建 (17)3.3车轮几何模型的简化 (18)3.4 A356的材料特性 (18)3.5边界条件的处理 (18)3.6载荷的处理 (19)3.7车轮弯曲疲劳试验有限元模型 (21)3.8静力分析结果及数据分析 (25)3.9本章小结 (29)第4 章车轮的模态分析 (30)4.1 模态分析定义 (30)4.2 模态分析的步骤 (30)4.3 结果分析 (31)4.3.1 不考虑速度影响的自由振动计算结果 (31)4.3.2 不考虑速度影响的约束振动计算结果 (35)4.4 本章小结 (40)第5章车轮结构的改进 (41)5.1车轮结构改进 (41)5.2车轮改进后的前后对比 (41)5.3本章小结 (55)结论 (55)参考文献 (56)致谢 (57)附录A ANSYS分析程序 (59)附A1车轮受离心力作用ANSYS分析程序 (59)附A2车轮受弯矩作用ANSYS分析程序 (59)附A3车轮受螺栓预紧力作用ANSYS分析程序 (60)附A4改进前模型自由振动模态分析程序 (66)附A5改进前模型约束振动模态分析程序 (70)附A6改进后模型自由振动模态分析程序 (74)附A7改进后模型约束振动模态分析程序 (79)第1章绪论1.1课题研究的目的意义实现汽车轻量化，提高燃油经济性，是汽车节能的最有效途径之一。
汽车减轻自重，不仅可减小汽车的行驶阻力，降低油耗，还有利于改善汽车的转向、加速、制动等性能，有利于降低噪声、减轻振动，为实现大功率创造条件。
同时轻量化带来的低油耗，使汽车的废气排放减少，对环境的污染程度也减小。
汽车轻量化有两大途径：一是采用轻量化材料，例如采用超高强度钢板，铝合金、镁合金等轻质材料代替传统的钢铁材料；一是优化、更改汽车的结构，缩小零部件尺寸，最大限度地减轻零部件的质量。
全球汽车工业越来越注重汽车的轻量化，表现在铝及其合金在汽车材料中所占的比重越来越大。
铝的比重是铁的1/3，具有良好的导热、导电性能，其机械加工性能比铁高4.5倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性；铝的铸造工业性能也比较好，可以获得薄壁复杂铸件。
现代轿车日益广泛使用铝材，已经成为一种趋势，例如轿车轮圈就是一个最明显的例子，80年代初，大部分轿车还是使用钢质轮圈，而今绝大部分轿车都是用铝合金轮圈了。
本课题借助CAD软件Pro/E，有限元分析软件ANSYS作为虚拟样机工具对给定的铝合金车轮进行强度分析，在保证强度和可靠性的前提下，对车轮进行优化，以进一步减少车轮质量，降低成本。
1.2铝合金车轮行业现状及发展趋势1.2.1铝合金车轮的发展及其现状长时期内，钢制车轮在车轮制造业中占主导地位，随着科学技术的发展与进步，对车辆安全、环保、节能的要求日趋严格，铝合金车轮以其美观、质轻、节能、散热好、耐腐蚀、加工性能好等特点，逐步取代钢制车轮。
铝合金车轮的出现到如今渐渐替代钢制车轮是一个漫长的发展阶段。
在20世纪初，一些热衷于赛车的爱好者，为了能使车辆更轻以提高赛车速度，想方设法对车辆各零部件作轻量化的改进，其中车轮是重点减轻的主要对象。
1923年，Bugatti公司大胆地将砂型铸造的铝合金车轮装上了赛车，加世纪30年代联邦德国汽车联合会、拜尔(BMW)发动机公司及戴姆勒一奔驰汽车公司，正式将钢制辐条式轮毂与铝制扎制轮辋相结合的车轮装上汽车，为铝合金车轮的发展奠定了基础。
二次世界大战和世界性的能源危机大大刺激了汽车商的轻量化需求。
1945年汽车厂商纷纷开展批量生产铝合金车轮的研究，重要集中在铝合金车轮的材质和成形工艺方面，但由于车轮的特殊安全要求，仍未能实施批量生产。
直至20世纪50年代末，联邦德国还只能少量地生产铝合金车轮。
1970年末，拜尔发动机公司率先将铸造铝合金车轮作为特殊部件装到了2002型轿车上，1972年又在双门小轿车上成批装上了铸造铝合金车轮，开始了铸造铝合金车轮批量用于轿车的新局面。
日本铝合金车轮工业是在1970年后至1984年之间快速发展起来的，在1984年的年产量达640万件。
意大利在1979年曾生产150万件。
到1980年，西欧共生产700多万件铝合金车轮(其中50%是铸造铝合金车轮)，并以年产6%~7%的速度递增。
1988年，美国生产的车辆中，铝合金车轮已作为好几种车型的系列部件，Pontiac SE车型的Grand Prix车更是采用了涂装彩色条带状的铝合金车轮。
通用汽车公司生产的Gorvette车和另外两种Grand Prix车型也采用了铝合金车轮;Pontiao Fiero的一种新车采用了表面为黑色的铝合金车轮;Dodge Dynasty车也把花边式样的铝合金车轮装了上去。