接触分析在车轮弯曲疲劳有限元分析中的应用.pdf

机械设计与制造
第8期
Machinery Design Manufacture
2012年8月
文章编号:1001~-3997(2012)08-0058-03
:接触分析在车轮弯曲疲劳有限元分析中的应用”
算机应用
王健行郝艳华颜伟泽
(华侨大学机电及自动化学院,厦门361021)
The Application of Contact Analysis in heel Bending Fatigue Finite Element Analysis
WANG Jian-xing, HAO Yan-hua, YAN Wei-ze
College of Mechanical Engineering and Automation, Huaqiao University, Xiamen 361021, China)
摘”要)利用有限元触分拼方法,立车轮试验轴、连接件的有服元型,加合的子
荷与边界条件,模叔车轮弯曲疲劳试验。通过有限元分析软件 ANSYS,建立模型、设置接触对与相关参
数,得出车轮高应力区域与各应力値。运用疲劳寿命计算理论中的名义应力法及 ANSYS软件估算车轮
疲劳寿命,且两数据基本一致。与车轮弯曲疲劳试验结果比較表明:在疲劳寿命计算理论与 ANSYS软
件估算的疲劳寿命内车轮均没有破坏。从而验证了运用接触分析有限元法预估车轮寿命的有效性,为
以后的结构改进起到了指导作用。
关键词:车轮;接触分析;弯曲疲劳试验;有限元仿真;疲劳寿命
I Abstract] By applying finite element contact analysis method, finite element model for a wheel, i
i shaft, bolts connection was established and reasonable loading and boundary conditions are applied to i
y simulate the bending fatigue test. Through FEA software ANSYS,establishing model, setting contact pairs i
i and related parameters can get high stress area and the stress wue of the wheel Estimte wheel tigue life
s using nominal stress calculation method in the theory of fatigue life and ANSYS software estimation system
Comparing with the results of awheel bending fatigue test, the heels are not damaged both within the value 4
i estimated in the theory of the estimation fatigue life and the ANSYS software that are all worked properly
The data abowe verifies the effectiveness of the FEA model, thich serves as a guide for future structural im-i
i provements of the whee.
Key Words: Wheel; Contact Analysis; Bending Fatigue Test; FEA Simulation; I atigue Life
中图分类号:TH16;U4653.34文献标识码:A
1前言
轮
车轮是汽车的重要部件,承受汽车的重力、制动力、驱动力、汽
夹具
车转向时产生的側向力及这些力产生的力矩,并且还要承受略面不
平产生的冲击力,对汽车的行驶安全性、稳定性和牵引性有重要的
作用叩。随着我国汽车工业整体水平的提高,以及对汽车的行驶速度
与载荷的大幅度提高,对车轮的质量要求也越来越高。一般意义上
的车轮包括轮胎和钢圈两部分,研究的是某车轮厂生产的某型号
15°DC无内胎车轮钢器。采用 ANSYS软件对该车轮的弯曲疲劳试
试验载荷
验进行仿真模拟及疲劳寿命估算,目的是得到此车轮在动态弯曲疲图1车轮弯曲疲劳试验设备图2车轮弯曲疲劳试验原理图
劳试验状态下的疲劳裂纹位置及车轮的使用寿命,并通过与试验结
Fig1 Wheel Bending Fatirue
Fig2 Bending Fatigue Test
果对比,验此有限元分析方法模拟车轮弯曲疲劳试验的有效性及
Test Equipment
Schematic
疲劳寿命估算的可靠性,为以后车轮结构的改进打下基础
2.2车轮弯曲载荷计算
2车轮弯曲疲劳试验
国标CBI5909~1995规定载重汽车车轮弯曲载荷弯矩M
2.1车轮弯曲疲劳试验简介
(力x力臂)用Nm表示,由式(1)确定
目前,国内外最常采用的车轮弯曲疲劳试验方法是采取车
M=(uR+d)?S
轮固定,由电机带动偏心块进行旋转,通过加载轴对车轮施加一式中:M一弯矩,N·m轮胎和道路间的设定摩擦系数;R一静
个旋转的弯矩。其试验设备,如图1所示。结构原理,如图2所示
负荷半径,是车轮或汽车制造厂规定的该车轮配用的最大
试验时,将车轮的轮辋牢固地夹紧到试验夹具上,加载力臂与连
轮胎负荷下的静半径,m;d一车轮的内偏距或外偏距,m;
接件用螺栓连接到车轮的安装面上,安装情况与装于车辆上实际
一车轮或汽车制造厂规定的车轮上的最大垂直静负荷或
使用工况相当叫。
车轮额定负荷,N;S强化试验系数。
大来稿日期:20104基金项目:厦「市科技计划高校创新项目(3502003040