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（优秀毕业全套设计）基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计（整套下载）

螺栓孔与螺母之间的装配车轮螺栓孔与车轴之间的装配车轮与装饰盖之间的装配车轮中心孔与车轴之间的装配车轮气门孔与气门嘴之间的装配车轮与平衡块之间的装配车轮三维模型建立过程轮辋三维模型的创建轮辋与轮胎结合部分的尺寸由国标规定。常见的形式主要有深槽轮辋和平底轮辋，此外，还有对开式轮辋和半深槽轮辋等。本设计采用的轮辋轮廓是深槽轮辋型轮廓。轮辋规格为。轮辋标定直径为.。其轮廓和尺寸如图.和表.所示。图.轮辋型轮廓用于直径代号表.轮辋型轮廓尺寸单位为毫米轮辋轮廓量规.建模过程如下进入草绘，进行轮辋轮廓草绘如图.所示。图.轮辋轮廓草绘对轮辋轮廓进行完善草绘如图.所示。图.完善轮辋轮廓草绘运用旋转命令，建立轮辋三维模型如图.所示。图.用旋转建立轮辋三维模型轮辐三维模型的创建轮辐的造型要兼顾与轮辋的配合，装车空间，强度，美观等。本设计采用扫描混合建立轮辐的模型。草绘扫描轨迹如图.所示。图.草绘扫描轨迹选择扫描混合指令，草绘截面如图.图.所示。图.草绘截面图.草绘截面完全扫描混合，建立轮辐模型如图.所示。图.完成扫描混合选取阵列，建立其他轮辐模型如图.所示。图.用阵列建立其他轮辐模型对轮辐进行修饰，建立安装盘，螺栓孔，气门嘴等，完成车轮模型建立如图.所示。图.完成车轮模型建立.本章小结本章研究了软件的组成及功能和车轮结构种类及装配。按照轮辋的国家标准，根据本设计中车轮的具体型号参数，运用进行车轮三维模型的建立。阐述了使用软件进行车轮造型设计的具体流程。第章车轮强度静态分析.软件基础软件是融结构流体电场磁场声场分析于体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之的美国开发，它能与多数软件接口，实现数据的共享和交换，如等，是现代产品设计中的高级工具之。的技术种类有很多，其中包括有限元法,即,边界元法,即，有限差法,即等。每种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学结构动力学热力学流体力学电路学电磁学等。有限元软件包是个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构流体电力电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域航空航天汽车工业生物医学桥梁建筑电子产品重型机械微机电系统运动器械等。软件主要包括三个部分前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。分析计算模块包括结构分析可进行线性分析非线性分析和高度非线性分析流体动力学分析电磁场分析声场分析压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示梯度显示矢量显示粒子流迹显示立体切片显示透明及半透明显示可看到结构内部等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表曲线形式显示或输出。软件提供了种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如等。.与的接口创建通过对与接口的创建可以很好的将软件与软件连接起来，避免了用其他方式将模型导入中是出现的系列问题。点击开始所有程序.如图.所示，在跳出的对话框中和打上勾，选择右边的,如图.所示。点击在出现的对话框中输入的安装目录和的启动文件，如图.所示。点击，在出现的对话框中，点击然后再点击.如图.所示，完成设置。图.图.图.设置窗口图.打开软件，在其主页面菜单栏中会显示.。表示接口创建成功。.车轮几何模型的简化为了节省仿真计算时间和计算量，将车轮模型导入进行分析前应该对车轮模型进行简化，去掉对受力影响不大的装修圆角，槽，气门孔等，以避免计算时间过长。.的材料特性车轮材料为，相当于国内的，它是铝硅镁系列三元合金。铝合金有着良好的铸造性能，流动性高，无热裂倾向，线收缩小，气密性高，适合于车轮如此复杂结构的成型同时它也具有相当高的耐腐蚀性且可经过热处理强化，合金淬火后有自然时效能力，因而具有较高的强度和塑性，满足车轮高强度和刚度的性能要求。.边界条件的处理合理确定有限元模型的边界条件是成功进行有限元分析的基本要求。必须在保证消除刚体位移的前提下，尽可能使约束符合实际情况。通常建模对象的边界条件是明确的，根据分析对象的几何模型边界条件可以很容易确定其力学的边界位置和边界条件。由车轮动态弯曲疲劳试验设备及其原理图,如图.可见，车轮轮缘通过夹具固定在试验旋转台上，而车轮毂部的五个紧固使车轮安装盘与加载轴紧密相连。因此车轮轮缘的三个平移自由度，和两个旋转自由度都受到约束，只允许绕车轮中心轴的转动自由度存在。图.车轮动态弯曲疲劳试验装置示意图.载荷的处理本设计中选择的参考车辆为宝来.。其主要参数如下最大功率，最大功率转速，最大扭矩•，整备质量，轮胎规格，轮辋规格，偏距，。试验中车轮所受到应力有弯曲疲劳试验工况下产生的结构应力和车轮在制造过程如铸造机加工热处理等中产生的残余应力。车轮铸造中往往会产生疏松针孔等缺陷，它们在定程度上影响了材料的属性及其疲劳强度，机加工过程的进刀量和进刀速度等工艺也会在车轮上留下残余应力，热处理过程有着消除残余应力的作用，但是这些残余应力受众多因素影响，难以在有限元仿真中进行定量分析，因此我们只考虑试验工况下车轮结构应力的作用。在动态弯曲疲劳试验工况下，车轮承受载荷来源有三个，轮毂紧固螺栓产生的预紧力车轮高速旋转时产生的离心力和试验弯矩载荷。这三个载荷可以通过相关的设计参数及试验参数求得。表分别为车轮的设计参数及试验参数。表.车轮的设计参数产品规格设计载荷静载荷半径偏距安全系数试验弯矩车轮所受的弯矩，其大小由式确定.式中静负荷半径。车轮或汽车制造厂规定的该车轮配用的最大轮胎静负荷半径，单位轮胎与地面之间的设定摩擦系数车轮内偏距或外偏距内偏距为正，外偏矩为负，单位车轮或汽车制造厂规定的车轮上的最大垂直静负荷或车轮的额定负荷，单位强化试验系数。本课题所研究的车轮参数为.，.,.代人数值可求得•最小循环次数也可根据车轮的尺寸及安全系数查得出，车轮试验参数见表.所示。表.车轮的试验参数产品规格试验弯矩•试验转速螺纹扭矩•要求寿命在有限元模型中，载荷是加在加载轴端，加载轴长度.。.施加载荷.求得.螺栓预紧力在试验过程中车轮通过五个螺栓固定。螺栓规格为.。试验要求螺栓扭矩达到，根据机械设计原理，普通螺纹力矩.螺栓轴向载荷.螺纹中径.升角.当量摩擦角.其中，普通螺纹的牙型斜角为，其摩擦系数为.。代人数值得离心力试验中，车轮以恒定的转速转动。车轮结构各点的应力值为上述三个载荷单独作用下的合力，可描述为.其中是节点在螺栓预紧力作用下的应力张量，是节点在离心力作用下的应力张量，是节点在单位旋转载荷作用下的应力张量。.车轮弯曲疲劳试验有限元模型的分析过程分为三部分前处理计算后处理。前处理主要是建立有限元分析模型，定义元素类型材料属性几何属性最后划分网格，形成结构的有限元模型。提供两种可交互使用的实体建模方法自顶向下及自底向上采用基于的三维实体描述法，几十种图素可以模拟任意复杂的几何形状，强大的布尔运算实现模型的精雕细刻，方便的拖拉旋转拷贝缩放蒙皮倒角大大减少了建模时间，辅助工具如选择组元拾取工作平面局部坐标系等为建模提供了极大方便。软件提供了多种单元，分别对应不同的分析类型与不同的材料。材料属性主要指杨氏模量密度，泊松比等几何属性由于所选用的元素类型不同而不同，如杆类元素的几何属性是指面积转动惯量而实体元素没有任何几何属性，因而不需要此命令。材料属性即铝合金的物理属性。本课题采用的铝合金型号为。铝合金属于各向同性线弹性材料。弹性模量.，密度，泊松比.。车轮强度分析以国标轿车铝合金车轮性能要求和试验方法所规定的动态弯曲疲劳试验作为分析依据，因此在模型中引入加载轴。所以实际分析模型如图.所示。图.车轮分析模型导入了车轮的实体模型后,紧接着定义该模型各项属性。定义元素类型，依次展开命令，出现如图.所示的的对话框。图.单元类型对话框单击按钮,弹出对话框选择好自己要定义的元素类型,单击按钮即可,如图.所示。图.定义元素类型定义完元素类型后应该定义材料的属性。由于材料是各向同性的线弹性材料，其材料参数的定义步骤为选择命令，弹出对话框，如图.所示。在右侧列表框中依次选择命令。双击将弹出.所示的对话框。在文本框中输入弹性模量“.”，在文本框中输入泊松比“.”。图.定义材料参数对话框图.设置弹性模量和泊松比定义完材料属性后就可以对车轮模型进行网格划分了。网格划分又分为自由网格和映射网格。本设计使用的是自由网格，因为它可以通过自己控制网格的划分精度。是提供的强大的自动网格划分工具,它有自己的内部计算机制,使用在很多情况下更有利于在网格生成过程中生成形状合理的单元。算法首先对待划分网格的面或体的所有线估算单元边长。然后对几何体中的弯曲近似区域的线进行细化。由于所有的线和面在网格划分开始时已经指定大小，生成网格的质量与待划分网格的面或体顺序无关。网格后模型如图.所示。图.网格化的车轮模型施加约束后模型如图.所示。