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基于疲劳寿命的汽车铝合金车轮轻量化研究
来源: | 作者:chinacaw | 发布时间: 2020-03-07 | 1032 次浏览 | 分享到:

然而，国内外学者在进行车轮疲劳有限元仿真时，很少考虑到复杂路面的影响。同时，优化过程基本是以增加料厚来达到目的的方式。本文作者在实际工程中仿真多种车型车轮，总结出考虑实际路面情况对车轮疲劳寿命预测更为准确，同时采用优化材料工艺的方式来改变材料屈服和抗拉极限对轻量化实施最为明显。该方法对后续车轮设计及改进具有显著的指导意义。


1 仿真模型建立
根据设计部门提供的车轮数模建立计算模型，对模型进行有限元离散处理。该车轮采用铝合金材料铸造结构，使用四面体单元建立车轮的实体模型，在HyperMesh软件中划分车轮有限元网格，得到模型815 095个单元，共209 070个节点,车轮有限元模型如图1所示。

图1 车轮有限元模型

车轮材料参数如表1所示。

表1 材料参数


1.1 弯曲工况仿真试验


根据GB/T 5334-2005《乘用车车轮性能要求和试验方法》描述，试验台应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。仿真试验时，用一个旋转的弯矩模拟被驱动的旋转装置，GB/T 5334-2005中要求车轮不能继续承受载荷；原始裂纹产生扩展或出现应力导致侵入车轮断面的可见裂纹；如果在达到要求的循环次数之前，加载点的偏移量已超过初始全加载偏移量的20%，认为车轮试验已经失效。仿真试验时，由于看不到试验过程，只能通过仿真试验的损伤结果对疲劳破坏进行评价，如果损伤值大于1视为车轮会发生疲劳破坏。
以建立车轮的实体模型为基础，在ABAQUS软件中建立车轮弯曲试验有限元仿真模型，用刚性单元抓取螺栓孔附近的单元，用BEAM单元模拟加载杆。约束方式：将车轮轮缘平均分成6份，按照每间隔60°约束60 mm宽的下部轮缘123456自由度。加载方式：沿Z轴、X轴加载周期性变化的集中力，试验载荷以每间隔36°沿圆周方向旋转一周，分10步得到1个静力结果。根据GB/T 5334-2005《乘用车车轮性能要求和试验方法》，得到加载弯矩公式(1)，加载力臂L设为1 000 mm，由公式(2)得到加载力F：

M=(μR+d)×FV×S (1)

F=M/L (2)


式中：M为试验弯矩；R为静负载半径；μ为路面与轮胎之间的摩擦因数；d为车轮偏距；FV为车轮额定负载；S为强化系数；L为力臂。
为了在ABAQUS中得到周期性载荷F，将该力在垂直于加载力臂的端面的平面上分解，得到分解公式(3)，式中力F(x)、F(z)为两个相互垂直的力，ω为控制加载频率，t表示加载时间。