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（独家原创）基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计（全套CAD图纸）

图.离心力分布云图在离心力作用下，车轮结构产生的应力分布较为均匀，但是应力值偏小。最大应力为.，位于辐条与轮辋的连接处两辐条中间应力也较大，在之间轮辐上应力值最小。说明转速产生的离心力对车轮整天结构产生定的应力影响。试验弯矩在车轮弯曲疲劳试验中试验弯矩应该是对车轮结构强度影响最大的因素，根据车轮静力分析的力学模型建立起有限元模型，单独输入试验弯矩作为载荷边界条件进行计算，结果如图.所示。图.弯矩作用下车轮的应力云图如图.所示，在弯矩作用下，结构最大应力值为，位于螺栓孔附近。两辐条之间的应力也较大，在之间。总的来说，结构应力值均小于铝合金材料的屈服强度，证明了在静载荷作用下，结构强度是足够的。螺栓预紧力旋转离心力及弯矩三个力的合力将三个力同时输入，作为载荷边界条件进行分析，结果如图.所示。图.试验载荷下车轮应力分布通过分析，得到以下结论车轮所受最大应力为，位于螺母座附近，主要是由螺栓预紧力产生的，受试验转速及加载弯矩影响较小，改变弯矩，该节点应力值变化不大。结构的疲劳强度取决于循环周期内的应力变化大小，因此，尽管螺母座区域应力值大，但它不会是疲劳破坏区域。轮辋的应力同时受弯矩和转速的影响，但该处应力值小，变化量也小，在试验过程中不可能发生强度或疲劳破坏，是安全区域。两轮辐夹角处及轮辐于安装盘的交接处应力同时受弯矩和转速的影响，改变试验转速及试验弯矩，该处的应力值有较大的变化。轮辐上的应力受转速及弯矩影响变化较小。轮辐于轮辋交接处应力大小受转速的影响而改变。但变化较小。所以，在车轮动态试验过程中，两轮辐夹角处及轮辐于安装盘的交接处和螺栓孔附近是疲劳裂纹最容易出现的区域。.本章小结本章详细介绍了软件，并且运用软件对汽车铝合金车轮弯曲疲劳试验进行了静力仿真分析。主要研究了以下几方面的内容分析车轮在弯曲疲劳试验中的受载情况。首先采用软件分别对三种载荷进行单独加载，研究各种载荷对结果强度的影响。再将三种载荷同时加载，研究车轮的应力分布。分析结果表明，螺栓预紧力仅对螺栓孔局部产生影响，并引起该区域的塑性变形，对车轮其它部位影响极小，可忽略。恒定的试验转速下结构产生离心力，且分布均匀，不随旋转弯矩的变化而变化。轮辐和安装盘上的应力主要是由试验弯矩和试验转速引起的，是疲劳裂纹容易出现的区域。螺栓孔处局部应力虽然大，但是它主要是有螺栓预紧力引起的，而螺栓预紧力是个恒定的载荷，不随时间变化而变化，因此螺栓孔处般情况下不会出现疲劳破坏。通过对车轮应力云图的分析，得出车轮的危险区域为轮辐夹角出及轮辐与轮辋的交接处，符合实际情况。第章车轮的模态分析.模态分析定义模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性，即结构固有频率和振型，它们是承受动态载荷情况下结构设计中的重要参数．同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析谐响应分析和谱分析。的模态分析可以对有预应力的结构和循环对称结构进行模态分析。在很多场合，模态分析都起到了举足轻重的作用。进行模态分析后，可以了解结构的固有振动频率和振型，这使设计工程师们可以避开这些频率或最大限度地减少对这些频率上的激励，从而消除过度振动和噪声，避免在使用中由于共振的因素造成的不必要的损失。使用有限元软件系统，还可以使振动模态动态化从而提供个清晰的动态图象来描述结构在受到激励时的表现。.模态分析的步骤进行模态分析要定义分析类型和分析选项，施加约束，指定载荷步选项，然后进行固有频率的计算。具体的步骤如下指定分析类型创建个新的分析，选择分析类型为模态分析。设定模态分析选项考虑到对车轮动态特性影响较大的频率集中在低中频段，因此提取模型的低中频段的各阶模态，即能满足对车轮进行动力学特性研究的要求。软件计算频率范围的选取是指选取求解和提取模态的频段。在内提取模态。模态提取方法主要取决于模型的大小相对于计算机的计算能力而言和具体的应用场合．综合比较几种方法，由于铝合金车轮的有限元模型含有较多的节点和单元。另外，结构的复杂性使得有限元模型中不免含有形状较差的实体单元。结合模型与电脑硬件配置忽略结构中小阻尼的影响，采用分块法进行模态提取。由于车轮空间结构复杂，使得分析结果中可能会存在局部模态，因此有必要多求取几阶模态，以确保掌握它的全部低阶模态。本文中自由模态计算设定提取最低的阶模态，约束情况的模态设定提取最低的阶模态。研究在各阶模态下车轮结构的振动特性。定义边界条件首先不加任何约束和边界条件，计算车轮自由振动的模态参数。随后考虑车轮实际工作情况并加以简化，在车轮内侧法兰面上施加固定约束。由于速度对车轮固有频率的影响可以忽略不计，所以本文仅研究不考虑速度影响的车轮模态分析。.结果分析不考虑速度影响的自由振动计算结果不考虑速度影响速度情况下车轮自由振动各阶固有频率的相应振型图和节点位移图分布，分别如图.至图.所示。车轮自由振动各阶频率值与相应的振型描述如表.所示。前阶频率接近，为刚体模态，可以忽略。通过表.，经比较可以发现，第和阶第和阶和第和阶的频率值都非常接近，并且振型相似，只是振动的方向不同。观察振动方向可以发现，其振动方式表现为正交性。