铝合金轮毂弯曲疲劳试验分析.pdf

铸造工程
oundry Engineer ing
铝合金轮毂弯曲疲劳试验分析
郭威成
(中信戴卡股份有限公司,河北秦皇岛066011
摘要:建立了铝合金轮毂的有限元模型,采用数值求解法对轮毂的受力情况进行了模拟,对轮
轂进行了弯曲疲劳试验,确定其失效的原因及位置。试验结果表明,铝合金轮毂经台架试验,
其出现弯曲疲劳破坏的位置与模拟结果基本一致,因此有限元分析方法能在设计初期有效预测
轮毂台架试验的结果
关键词:铝合金轮毂;有限元分析;弯曲疲劳试验
中图分类号:TG115.5文献标识码:A文章编号:1673-3320(2015)01-0010-03
Analysis of Bending Fatigue Test for Aluminum Alloy Wheel
GUO Weicheng
(CITIC Dicastal Co, Ltd, Qinhuangdao 066011, Hebei, China
Abstract: The aluminum alloy wheel was modeling with finite element, and the stress distribution
of wheel was simulated by numerical solution, The bending fatigue property of wheel was tested to
determine the failure reasons and its position. The bench test results show that the bending fatigue
location of aluminum alloy wheel is consistent with simulation results. Therefore the finite element
analysis can effectively predict the bench test results for wheel in the early design
Key words: aluminum alloy wheel; finite element analysis; bending fatigue test
汽车轮毂是汽车中的重要安全部件,对汽车际情况。本文数值分析建模对象的边界条件是
行驶过程中的舒适度、稳定性、安全性等都有着明确的,可以利用几何模型的边界条件来确定力
重要的影响。为了提高铝合金轮毂在特殊用途下学边界条件。建立的轮毂弯曲试验有限元模型如
的强度,越来越多的企业对轮毂的疲劳失效进行图1所示。
分析研究。本文以铝合金轮毂为例,在有限元分
A: state Sructural
析的基础上,对汽车轮轂进行了弯曲疲劳试验,
201396195丁
找出轮毂的结构缺陷及失效位置。
Ifacad Support
1有限元分析
有限元分析的基本过程主要有三个阶段。前
处理阶段:将实际的物理模型转为理想的有限元
模型,采用离散单元代替整体计算域;分析计算
图1轮毂弯曲试验有限元分析模型
阶段:根据具体问题选择合适的求解器,然后进
轮毂动态弯曲疲劳试验时,利用夹具将汽车
行数值计算:后处理阶段:对数值求解结果进行轮毂的轮辋固定在试验机的旋转转盘上,轮毂中心
总结分析整理。有限元分析时,明确合理的边界采用若干个紧固螺钉将车轮轮彀与載荷臂紧密相
条件是成功的首要条件,尽可能地使约東满足实连。试验依据相对运动的原理,静止不动的轮毂承
收稿日期:2014-06-04
作者简介:郭威成(1980),男,工程师,主要从事铝合金车轮的设计研究
免免w, xue Lu L,com
铝合金轮轂弯曲疲劳试验分析郭威成
受一个旋转的弯矩载荷。弯曲疲劳试验用来检验汽位置。从图2轮毂Y方向弯曲应力分布云图可以
车行驶过程中所受弯曲载荷对轮毂的影响?。
得出:正面应力最大值出现在轮毂中心孔周围靠
轮毂在实际试验中要承受动态弯矩,不同时近螺栓孔的位置;背腔应力最大值出现在轮辐靠
刻会有不同的载荷方向,所产生的应力最大点位近螺栓孔位置,高达132.6MPa,是轮毂上最危险
置也不同。根据轮毂的结构特点对轮毂多次加载的位置。在持续较高应力状态下,轮毂产生的破
进行静力分析,确定循环载荷下最大应力分布的坏应该先从背腔出现,然后向正面位置延伸。
MP
(a)正面
(b)背腔
图2Y方向弯曲应力分布云图
图3是轮毂在弯曲载荷作用下X方向的弯曲应孔的位置,为117.5MPa;背腔应力最大值出现在
力分布情况。从应力分布的结果可以得出:轮毂轮辐靠近螺栓孔位置,为105.9MPa。
正面应力最大值出现在轮毂中心孔周围靠近螺栓
8?3
9 Mpa
(a)正面
(b)背腔
图3X方向弯曲应力分布云图
2轮毂台架试验分析
料熔点的30%。
试验前轮毅应与试验机上的连接件紧密配2.1试验弯矩的确定
合,采用车轮标准安装时的螺栓与螺母,并施加
试验弯矩由式(1)确定
规定扭矩115%的扭矩扭紧,将轮毂固定在试验
M=(×R+dのXFXS
(1)
机的支撑面上。试验过程中,要时刻监测螺母的式中:M为弯矩,N?m:ル为轮胎和道路之间的摩擦
扭矩,并使加载系统保持额定的载荷,施加载荷
系数,设定为0.7:R为静负荷半径,由车轮厂或
的误差不超过土2.5%。如果在试验过程中螺栓断汽车制造厂规定的该车轮配用的最大轮胎静负荷
裂,允许更换螺栓后继续试验。高速旋转下试样半径,m;d为车轮的偏距(内偏距为正,外偏距为
发生的自热对疲劳寿命和强度的试验结果可能会负),按车轮厂的规定,m;F为车轮最大额定载荷,
产生影响。如果发生此类情况,建议降低试验频由车轮厂或汽车制造厂规定,N;S为强化试验系数
率。在室温下的试验,试样温度不应超过试验材(见表1)