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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 | 1031 次浏览 | 分享到:

(3)


根据文中研究的车轮规格，得到车轮的额定负载FV为825 kg，测得车轮偏距d为0.031 m，静负载半径R为0.344 m，根据GB/T 5334-2005得到路面与轮胎之间的摩擦因数μ为0.7，强化系数S为1.6，力臂L取1 m。将其代入公式(1)—(2)得到加载力F为3 586.7 N，由公式(3)在ABAQUS中加载后得到如图2所示的弯曲工况仿真试验模型。

图2 弯曲工况仿真试验模型


1.2 径向工况仿真试验


根据GB/T 5334-2005，在车轮转动时，试验台应当向其传递恒定径向负荷，加载方向应垂直于车轮表面且与车轮径向方向一致，同时必须考虑轮胎胎压的影响。仿真试验时，在车轮的胎圈座上加载余弦分布的旋转面压，同时，在轮辋旋压面上加载车轮胎压，完全模拟试验标准要求。判定仿真试验失效的方式与弯曲工况相同。
同样以轮的实体模型为基础，约束车轮螺栓安装孔两层单元节点123456自由度，如图3所示为径向工况仿真试验模型。在车轮中心(-α，α)角度范围内，用局部坐标系加载径向余弦面压，加载区域在轮辋胎圈座上，旋转外载荷作用区域模拟转鼓的转动，文中以每旋转36°作为一个载荷步，旋转一周共10步，胎压均布在轮辋上。依据GB/T 5334-2005单侧径向力按公式(4)计算：


(4)


式中：Wr为转鼓作用于车轮的径向载荷；W0为径向分布载荷的最大值；K为强度试验系数；b为胎圈座有效受力宽度；rb为胎圈座半径。
文中研究的车轮规格胎圈座半径rb为255 mm，胎圈座有效受力宽度b为14.34 mm，参考GB/T 5334-2005强化系数K为2.25。将其代入公式(4)计算出W0为3.17 N/mm2，所以得到车轮的径向载荷公式Wr=3.17×cos(2.5×θ)。根据GB/T 2978-2014[9]得到车轮胎压为0.25 MPa，在ABAQUS软件中，将这些载荷加载到模型中,得到如图3所示的径向工况仿真试验模型。

图3 径向工况仿真试验模型


2 有限元仿真和疲劳寿命分析


2.1 有限元仿真


为了考虑材料的非线性以及加载周期性载荷，计算时采用ABAQUS求解器。因为车轮的几何形状和结构比较复杂，所以试验结果的应力状态比较适合使用von Mises平均应力进行评估，通过对每个载荷步得到的分析结果进行比较，可以明确径向和弯曲工况车轮的最大应力对应的时间步及此时的受力方向。图4所示为径向和弯曲工况的应力分布云图。