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《汽車鋼圈疲勞強(qiáng)度的有限元分析與壽命預(yù)測》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、朱紅建(湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南望城410200)摘要:針對汽車鋼圈動態(tài)彎曲疲勞問題,以某型號汽車鋼圈為例,運(yùn)用ANSYS軟件建立了該鋼圈的有限元模型,模仿其動態(tài)彎曲疲勞測試試驗(yàn),對鋼圈的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了仿真分析。通過鋼圈應(yīng)力分布情況的仿真試驗(yàn),確定了鋼圈上最易導(dǎo)致疲勞裂紋產(chǎn)生的危險點(diǎn),然后用ANSYSFE2safe對鋼圈壽命進(jìn)行預(yù)測,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。分析計(jì)算結(jié)果表明,汽車鋼圈疲勞強(qiáng)度的有限元仿真分析是有效可行的,是鋼圈前期設(shè)計(jì)開發(fā)的重要手段。關(guān)鍵詞:有限元分析;汽車鋼圈;疲勞強(qiáng)度;壽命預(yù)測中圖分類號:TP39119文獻(xiàn)標(biāo)志碼
2、:AFiniteElementAnalysis&LifeForecastfortheFatigueIntensityofAutomobileRimsZHUHongjian(Hu’nanCollegeofInformation,Wangcheng410200,China)Abstract:Accordingtothedynamiccorneringfatigueofautomobilerims,thispaperappliedANSYSinbuildingthefi2niteelementmodeloftherims,simulati
3、ngthedynamiccorneringfatiguetestandcountingthefatiguelifetoanalyzethefa2tigueintensityofrims.Fromtheresultoftherims’stressdistributingsimulation,decidedthecriticalpointwhichiseasytocausefatiguecrack.Then,forecastedtherims’lifebyANSYSFE2safe,andcompareswiththetestdata.T
4、heresultsdem2onstratedthatFEM2simulationisanefficientapproachtorealizethestrengthdesignofautomobilerimsandisveryimportanttoadvanceddesign.Keywords:Finiteelementanalysis,Automobilerims,Fatigueintensity,Lifeforecast汽車鋼圈是介于輪胎和車橋之間承受負(fù)荷的旋轉(zhuǎn)件,它與輪胎共同承受整車負(fù)荷,起著轉(zhuǎn)向、驅(qū)動、制動等作用,是滿足汽車安
5、全高速行使的關(guān)鍵部件。由車輪受載荷情況及工況分析,汽車鋼圈最主要的失效形式是疲勞破壞,因此鋼圈的疲勞壽命是衡量車輪質(zhì)量的最重要指標(biāo),在設(shè)計(jì)階段預(yù)測鋼圈的疲勞壽命有著重要的意義。然而,傳統(tǒng)汽車鋼圈產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法和手段有一定的局限性,不能在設(shè)計(jì)階段對鋼圈壽命進(jìn)行較精確的模擬計(jì)算,只能等到實(shí)物試制出來,然后再根據(jù)彎曲疲勞試驗(yàn)的結(jié)果,進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造工藝的調(diào)整,產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長,設(shè)計(jì)成本較高,產(chǎn)品質(zhì)量不可靠,難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。計(jì)算機(jī)輔助工程的應(yīng)用,為鋼圈壽命預(yù)測提供了可靠的手段,使設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品開發(fā)的初級階段就可以進(jìn)行仿真分析,得出相對可靠的
6、預(yù)測壽命,縮短開發(fā)周期,而且可以減少新產(chǎn)品開發(fā)中涉及到的模具、產(chǎn)品試制和測試等方面的大量費(fèi)用,能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益,并能給汽車關(guān)鍵零部件的保養(yǎng)維護(hù)提供重要的參考數(shù)據(jù),避免交通事故的發(fā)生。要建立準(zhǔn)確的疲勞壽命預(yù)測方法,精確的有限元模型和充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證是必需的。本文以柳州某廠生產(chǎn)的載重汽車鋼圈為例,就鋼圈有限元分析展開研究,模擬汽車鋼圈的彎曲疲勞試驗(yàn),用ANSYS軟件建立精確的有限元模型,得出鋼圈結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布,預(yù)測其疲勞壽命,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,驗(yàn)證有限元分析的可靠性。汽車鋼圈的有限元模型1從大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,汽車鋼圈因彎曲
7、疲勞造成失效的比例比徑向疲勞要高得多,所以彎曲疲勞試驗(yàn)是檢驗(yàn)汽車鋼圈疲勞壽命的最主要方法。故要在設(shè)計(jì)階段能較為準(zhǔn)確地預(yù)測鋼圈疲勞壽命,就應(yīng)在軟件中盡可能真實(shí)地模擬汽車鋼圈彎曲疲勞試驗(yàn),根據(jù)鋼圈動態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)中的加載和邊界約束條件,建立鋼圈的靜態(tài)線性有限元模型。1.1汽車鋼圈有限元模型的建立載重汽車的鋼圈主要由輪輞、輪輻及彈性擋圈組成,裝配或焊接成鋼圈整體,配用于不同型號的載重汽車。為了便于對鋼圈進(jìn)行分析,首先利用Pro/E軟件建立鋼圈CAD模型,建模過程中簡化了一些不必要的倒角和倒圓,然后導(dǎo)入ANSYS軟件,采用殼單元建立有限元模
8、型,建立的鋼圈有限元模型如圖1所示。由試驗(yàn)可知,鋼圈發(fā)生疲勞破壞的位置一般不在彈性擋圈上,所以將彈性擋圈和輪輞建成一體。在建模中保留輪輻上通風(fēng)孔的缺口和輪輞上的氣口。由于輪輻是發(fā)生疲勞破壞的位置,因此在劃分網(wǎng)格時,輪輻需要采用小的網(wǎng)格
