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.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设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔壳倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。．单数据库全相关是建立在统基层上的数据库上，不像些传统的系统建立在多个数据库上。所谓单数据库，就是工程中的资料全部来自个库，使得每个独立用户在为件产品造型而工作，不管他是哪个部门的。换言之，在整个设计过程的任何处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，旦工程详图有改变，数控工具路径也会自动更新组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得件产品的设计结合起来。这优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。.车轮模型的建立车轮构造种类及装配车轮构造车轮与轮胎是汽车行驶系统中的重要部件,通过车轮与轮胎直接与地面接触,在道路上行驶。其主要功用是支撑整车缓和由路面传来的冲击力保证轮胎同路面间良好的附着作用，提高汽车的动力性制动性和通过性汽车转弯行驶时产生平衡离心力的侧抗力，在保证汽车正常转向行驶的同时，通过车轮产生的自动回正力矩，使汽车保持直线行驶方向。车轮为固定轮胎内缘支承轮胎并与轮胎共同承受整车负荷的刚性轮子。车轮通常由轮毂轮辋以及连接这两元件的轮辐所组成。轮毂通过滚动轴承支承在车桥或转向节轴颈上。轮辋也叫轮圈，用来安装轮胎。轮辐有辐板式和辐条式两种。其构造如图.和表.所示。图.整体式车轮构造表.整体式车轮各部分名称轮辋宽度螺栓孔节圆直径轮辋名义直径螺栓孔直径轮缘轮辐安装面胎圈座安装面直径凸峰后距槽底轮辐气门孔轮辋偏距轮辋中心线中心孔车轮的种类按轮辋和轮辐结合形式的不同，车轮可分为如下结构，其代表型结构如下整体式轮辐和轮辋是由个整体组成的，如图.所示。组合式由个以上的零件组合而成的车轮，其组成的零件可以分开，按其组合形式可分为三类两片式车轮由轮辋和轮辐结合起来的结构，如图.三片式车轮由两个轮辋零件和个轮此外，有人在不断探索降低半凝固铸造温度的新材料途径，甚至已有人在尝试镶嵌式的中空复合轮即在车轮中衬嵌种高强度的轻质骨材，让铝液填充时将骨材全部包住，来进步提高轻量化效果，而且可获得比铝合金车轮更佳的比强度和弹性模量。.国内外研究方法结构的优化设计产生于世纪年代，到年代，许多新的概念如遗传算法形状优化拓扑优化等被应用到结构优化过程中，其中利用有限元方法进行优化分析是种常规的选择。因为它不仅能处理大范围的结构类型，而且它在可选择的分析类型中是种可利用的最通用的方法。它不只限于结构问题，也能应用到能用偏微分方程表示的任何问题中。结构优化研究历程中，出现过以直觉的满应力为设计准则的准则法和以数学规划为理论支柱的规划法。这两种方法互相融合，演变成序列近似概念和相应的序列近似规划法，在结构尺寸优化中获得很大的成功，序列二次规划就是这样种重要方法，许多通用的结构优化软件也以此方法为基础。我国结构优化设计的研究和应用在年代中后期发展起来，迄今已取得定的成绩，部分高等院校和科研院所根据不同的条件和需要，自主开发了批通用的结构优化软件和专用软件。例如大连理工大学北京农业工程大学及北京航空航天大学等单位开发的多单元多工况多约束结构优化程序，计算机辅助结构优化程序系统和等，这些系统适用于汽车及其零部件飞机部件火车部件等结构的优化设计。近年来由于汽车工业的迅猛发展，对汽车各零部件的优化成为研究的热点，如车身车架车轴发动机活塞制动器等结构的优化。国内对车轮结构优化方面的研究尚少，东风汽车有限公司的翁运忠轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的崔青玲等人对车车轮结构优化设计进行了初步研究，他们运用有限元软件对两种不同形态结构的车轮进行结构强度分析通过受力状态的比较证明其中种设计更为合理。哈尔滨工业大学的崔胜民杨占春采用独立的优化程序和有限元程序分别进行车轮形状优化设计和仿真分析。他们在优化程序中建立起车轮优化的数学模型，以控制辐板形状的弧段半径弧段圆心角等参数为设计参数，以辐板弧面长度最小为优化目标并进行优化，把优化结果通过接口程序输入有限元程序中进行网格的重新划分和应力分析计算。通过优化前后有限元分析结果比较，优化后结构受力情况有了明显的改善。军事交通学院的王立辉和唐山学院的齐铁力等人采用商业软件.和.为基本工具，在完成车轮结构强度分析前在模块中进行车轮结构的尺寸优化。他们以轮辋和轮辐的厚度为设计变量，以结构总体质量最轻为优化目标进行优化。个漫长的发展阶段。在世纪初，些热衷于赛车的爱好者，为了能使车辆更轻以提高赛车速度，想方设法对车辆各零部件作轻量化的改进，其中车轮是重点减轻的主要对象。年，公司大胆地将砂型铸造的铝合金车轮装上了赛车，加世纪年代联邦德国汽车联合会拜尔发动机公司及戴姆勒奔驰汽车公司，正式将钢制辐条式轮毂与铝制扎制轮辋相结合的车轮装上汽车，为铝合金车轮的发展奠定了基础。二次世界大战和世界性的能源危机大大刺激了汽车商的轻量化需求。年汽车厂商纷纷开展批量生产铝合金车轮的研究，重要集中在铝合金车轮的材质和成形工艺方面，但由于车轮的特殊安全要求，仍未能实施批量生产。直至世纪年代末，联邦德国还只能少量地生产铝合金车轮。年末，拜尔发动机公司率先将铸造铝合金车轮作为特殊部件装到了型轿车上，年又在双门小轿车上成批装上了铸造铝合金车轮，开始了铸造铝合金车轮批量用于轿车的新局面。日本铝合金车轮工业是在年后至年之间快速发展起来的，在年的年产量达万件。意大利在年曾生产万件。到年，西欧共生产多万件铝合金车轮其中是铸造铝合金车轮，并以年产的速度递增。年，美国生产的车辆中，铝合金车轮已作为好几种车型的系列部件，车型的车更是采用了涂装彩色条带状的铝合金车轮。通用汽车公司生产的车和另外两种车型也采用了铝合金车轮的种新车采用了表面为黑色的铝合金车轮车也把花边式样的铝合金车轮装了上去。同年，福特公司在轿车上也装上了铝合金车轮，并把铝合金车轮定为公司系列的标准件。世纪年代初，美国原装轿车铝合金车轮装车率大约，如今已超过。而日本目前轿车铝合金车轮装车率超过，欧洲国家超过。我国铝合金车轮工业起步较晚，最早使用铝合金车轮是在世纪年代初，国营洪都机械厂将砂型铸造的铝合金车轮装在边三轮摩托车上，但是数量很少，未形成气候。到加世纪年代末，我国出现了第个具有现代规模的戴卡轮毂制造有限公司，其规模和设备都进入了世界先进行列。基于,有限元分析,轿车,铝合金,车轮,设计,毕业设计,全套,图纸目录摘要第章绪论.课题研究的目的意义.铝合金车轮行业现状及发展趋势铝合金车轮的发展及其现状铝合金车轮的发展趋势.国内外研究方法.主要研究内容第章车轮三维模型的建立.软件基础.车轮模型的建立车轮构造种类及装配车轮三维模型建立过程.本章小结第章车轮强度静态分析.软件基础.与的接口创建.车轮几何模型的简化.的材料特性.边界条件的处理.载荷的处理.车轮弯曲疲劳试验有限元模型.静力分析结果及数据分析.本章小结第章车轮的模态分析.模态分析定义.模态分析的步骤.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的约束振动计算结果.本章小结第章车轮结构的改进.车轮结构改进.车轮改进后的前后对比.本章小结结论参考文献致谢附录分析程序附车轮受离心力作用分析程序附车轮受弯矩作用分析程序附车轮受螺栓预紧力作用分析程序附改进前模型自由振动模态分析程序附改进前模型约束振动模态分析程序附改进后模型自由振动模态分析程序附改进后模型约束振动模态分析程序第章绪论.课题研究的目的意义实现汽车轻量化，提高燃油经济性，是汽车节能的最有效途径之。汽车减轻自重，不仅可减小汽车的行驶阻力，降低油耗，还有利于改善汽车的转向加速制动等性能，有利于降低噪声减轻振动，为实现大功率创造条件。同时轻量化带来的低油耗，使汽车的废气排放减少，对环境的污染程度也减小