轮辋强度分析报告

目录

1分析目的 (1)

2使用软件说明 (1)

3有限元模型建立 (1)

4边界条件 (1)

5强度计算结果 (3)

5.1车轮最大垂直静负荷462KG (3)

5.2车轮最大垂直静负荷515KG (4)

6分析结论 (5)

1 分析目的

参照国家标准GB/T 5334—2005《乘用车车轮性能要求和实验方法》对车轮进行强度分析，得到车轮在弯曲载荷作用下的应力分布，验证车轮设计的合理性，并为车轮结构优化、提高轮辐强度和降低生产成本提供支持。

2 使用软件说明

本次分析采用Hypermesh作前处理，Altair optistruct求解。HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器于一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。Altair Optistruct最强大的功能是其友好的CAO接口，通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。

3 有限元模型建立

根据设计部门提供的CAD数模，建立轮辐—轮辋总成的有限元模型。轮辐—轮辋总成主要采用四面体单元进行离散，基准尺寸5mm。加载轴采用四面体单元进行离散，因不需要关注加载轴的应力分布和大小，结合其尺寸与结构，其基本尺寸取5mm。轮辐—轮辋总成的有限元模型见图1。

图1 轮辐—轮辋总成有限元模型

4 边界条件

按照国家标准GB/T 5334—2005《乘用车车轮性能要求和实验方法》，规定将车轮牢固

地夹紧在试验夹具上，加载力臂和连接件用无润滑的双头螺栓和螺母(或螺栓)连接到车轮的安装平面上，安装情况应与装于车辆上的实际使用工况相当。在试验开始时把车轮螺母(或螺栓)拧紧至汽车制造厂所规定的扭矩值。试验台有一个被驱动的旋转装置，车轮可在固定不动的弯矩下旋转，或者车轮固定不动，而承受一个旋转的弯矩（见图2）。

图2 试验装置

针对上述试验条件，在轮辋端靠近加载力一侧定义全约束（123456），加载力由公式

()V M R d F S μ=+计算得到。本次分析基于两种车轮最大垂直静负荷情况分别在加载轴端部施加大小为2388.9N 和2663.1N 的力，由于车轮结构并非完全是轴对称性件，而试验中又受到旋转弯矩的作用，因此模拟起来比较复杂，经过一定的简化，根据经验确立了四个具有代表性的工况来进行车轮静强度分析，具体施加的载荷和约束如图3所示。

图3 轮辐—轮辋边界条件图

图4 轮辐—轮辋三维模型图

5 强度计算结果

图5 车轮垂直静负荷462KG应力云图

5.2 车轮最大垂直静负荷515KG

图6 车轮垂直静负荷515KG应力云图

零部件的强度通常用分析应力来衡量，分析应力越小，安全系数越大，通常认为其强度越高，疲劳寿命越长。综合车轮所用材料的屈服强度值，见表1。

从应力云图中可以明显看出两种情况下轮辐的最大应力均高于抗拉强度，这主要是由于加载轴与轮辐接触采用刚性单元连接，因此这些地方产生了不同程度的应力集中。为了能更好的反映真实受力，应予以忽略。剩余的高应力均在300 MPa以内，下面列出在不同垂直静负荷作用下各工况轮辐的应力值和它的安全系数值，见表2。

表2 轮辐的应力值及其安全系数统计表

6 分析结论

两种垂直静载荷负作用下，去除加载轴与轮辐接触处引起的虚假应力后，从应力云图中可以看出车轮应力集中区域主要在轮辐支撑面凸起处（即应力云图中蓝绿色区域），其最大应力均小于轮辐材料的屈服极限305 MPa，安全系数高于1.88；同时轮辋几乎没有出现应力集中现象。

综上所述，车轮设计满足国标车轮性能要求。