基于有限元法的汽车轮毂强度分析

有限元分析在轮毂设计中的应用_王渭新

现代制造技术与装备２００７第４期总第１７９期在汽车的零部件中，轮毂由轮辋及轮辐构成，是一个高速转动和承受汽车总载荷的零部件，轮辋结构遵照《ＹＥＡＲＢＯＯＫＦＯＲＴＨＥＴＩＲＥＡＮＤＲＩＭＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ》标准规定设计，轮辐的形状则多种多样，没有统一的要求。轮毂的强度和刚度无论从安全性还是性能方面考虑都至关重要。本文通过有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对车轮进行弯曲疲劳、径向疲劳和冲击应力的模拟分析，最后结合试验结果对模拟分析进行验证，为轮毂设计开发人员提供可靠的设计依据，进而缩短开发周期、减少开发费用，从而提高企业的竞争力［１－２］。１疲劳破坏的基本概念和车轮安全性试验的具体要求１．１疲劳破坏的基本概念零件在受到交变的循环载荷作用并在达到一定的循环次数时，零件的表面会产生裂纹、裂纹继续扩大会导致构件断裂。零件表面产生裂纹称为疲劳破坏。疲劳破坏的过程是零部件在循环载荷作用下，在局部的最高应力处，最弱的及应力最大的晶粒上形成微裂纹，然后发展成宏观裂纹，裂纹继续扩展，最终导致疲劳断裂。所以，疲劳破坏经历了裂纹形成、扩展、和瞬断三个阶段［３－４］。１．２车轮安全性试验的具体要求由于汽车轮毂是一个高速转动和承受汽车总载荷的零部件，其在工作过程中承受交变的循环载荷：动态弯矩、动态径向力和路面的冲击力，因此轮毂装车前必须通过汽车行业标准ＱＣ／Ｔ２２１－１９９７和国家标准ＧＢ／Ｔ１５７０４－１９９５规定的三项强度测试试验。这三大强度试验分别是弯曲疲劳试验，径向疲劳试验，冲击试验［５］。２车轮安全性试验的有限元分析２．１车轮安全性试验有限元分析的概述本文研究的铝合金车轮材料为Ａ３５６，经过Ｔ６热处理（固熔＋时效处理）。因此在ＡＮＳＹＳ中输入材料属性（ＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｐｅｒｔｙ）时，选择为各项同性（Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ），并且是线弹性的（ＬｉｎｅａｒＥｌａｓｔｉｃ），同时需要限定的参数（材料特性）为：弹性模量Ｅ：７１Ｅ０９Ｎ／ｍｍ２；密度ρ：２．７＊１０－３ｇ／ｍｍ２；泊松比：０．３３。２．２弯曲疲劳试验有限元模拟２．２．１试验概述弯曲疲劳试验模拟汽车转弯时车轮的受力状态，试验台有一个旋转装置，车轮可在一个固定不动的弯矩作用下旋转，或是车轮静止不动，而承受一个旋转弯曲力矩作用。见图１。图１弯曲疲劳试验装置２．２．２试验弯矩试验弯矩由下式确定：Ｍ＝（ｕ?Ｒ＋ｄ）?Ｆ?Ｓ（１）式中Ｍ—— —弯矩（Ｎ?ｍ）；ｕ—— —轮胎和道路之间的摩擦系数，设定为０．７；Ｒ—— —静载半径，是轮毂厂或汽车制造厂规定的该轮毂配用的最大轮胎静载半径（ｍ）；ｄ—— —轮毂的内偏距或外偏距，取绝对值，按轮毂规定（ｍ）；Ｆ—— —轮毂最大额定载荷，由轮毂厂或汽车制造厂规定（Ｎ）；Ｓ—— —试验强化系数。有限元分析在轮毂设计中的应用王渭新张磊刘智冲（戴卡轮毂制造有限公司，秦皇岛０６６００３）摘要：轮毂是汽车中的重要零部件，既要具有高承载能力，又要满足整体外观个性化设计要求，其设计与开发中也主要体现了此设计理念，因此其制造企业要想赢得市场，提高产品的竞争力，必须改变原有的紧靠设计经验开发轮毂的传统的设计开发模式。本文以有限元分析软件ＡＮＳＹＳ和三位造型软件ＵＧ为工具，建立了与轮毂实际的弯曲疲劳试验、径向疲劳试验、冲击试验相等效有限元分析模型，对轮毂的可靠性进行预测，为轮毂产品的设计开发人员提供设计依据。关键词：有限元分析轮毂疲劳设计ＡＮＳＹＳ安装面试验加载力臂３２

铝合金车轮设计及结构分析

铝合金车轮设计及结构分析【摘要】车轮是汽车行驶系统中重要的安全部件，汽车前进的驱动力通过车轮传递，车轮的结构性能对整车的安全性和可靠性有着重要的影响。另外，车轮还是汽车外观的重要组成部分。传统车轮设计多凭借经验展开，存在着设计盲目性大、设计制造周期长、成本高等诸多弊端。面对日益激烈的市场竞争，企业迫切需要采用科学的手段改善设计方法，本文所采用的CAD技术和有限元分析方法是解决上述问题的理想方法。本文运用工业设计理论，将造型设计构思表现的方法与技能应用于车轮设计中，结合车轮结构尺寸优化和形状优化，使工程技术与形式美密切结合，综合表现了车轮的性能、结构和外观美。【关键词】铝合金车轮;有限元分析;结构设计;强度分析;疲劳分析 1.引言普遍意义的车轮包括轮胎和金属轮辆一轮辐一轮毅两部分，本文所研究的车轮只限于金属轮惘一轮辐一轮毅部分，不包括轮胎。车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，它不仅承受着静态时车辆本身垂直方向的自重载荷，同时也经受着车轮行驶过程中来自各个方向因起动、制动、转弯、物体冲击、路面凹凸不平等各种动态载荷所产生不规则力的作用，是车辆行驶系统中重要的安全结构部件，其结构性能是车轮设计中主要因素[1]。另外，车轮作为整车外观的主要元素之一，象征着整车的档次，多变的铝合金车轮轮辐形态和明亮的色泽越来越为人们所关注，因此车轮的外观设计也因此变得越发的重要。 2.铝合金车轮的设计方法车轮制造企业的设计手段依然采用传统的设计方法，其设计及生产流程如图1所示。图1 传统的车轮设计流程图产品的结构强度、疲劳性能则在产品试样制造出来后，通过试验来验证。这样导致产品的设计周期过长，成本过高。而且设计时为了保证产品的通过率，避免反复多次修改模型，设计人员往往留有过大的设计欲量，对于大批量生产的企业，这无形中造成了材料浪费，增加成本[2]。此外，当试验失败进行结构修改时，设计人员也是凭借经验，通过局部增加材料达到提高强度的目的，缺乏理论依据，具有较强的盲目性，对于产品的结构优化更是无从入手[3]。因此，采用新的技术和手段，使车轮设计由经验类比型向科学分析计算型转变，是车轮行业一项势在必行的工作。 3.载荷的处理

汽车轮毂有限元分析

第二章理论基础与模型建立 2.1 有限元技术及UG软件 2.1.1 有限元法基本原理计算机辅助工程CAE(Computer Aid2ed Engineering) 指工程设计中的分析计算与分析仿真, 而有限元法FEM( FiniteElement Method) 是计算机辅助工程CAE中的一种, 另外CAE还包含了边界元法BEM(Boundary Element Method) 和有限差分法FDM( Finite Difference Method) 等。这几种方法各有其优缺点, 各有其应用领域,但有限元法的应用最广。有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法，是将弹性理论、计算数学和计算机软件有机结合在一起的一种数值分析技术，是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具。有限元是一种离散化的数值方法。离散后的单元与单元间只通过节点相联系, 所有力和位移都通过节点进行计算。对每个单元选取适当的插值函数,使得该函数在子域内部、子域分界面上(内部边界) 以及子域与外界分界面(外部边界) 上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程组合起来, 就得到了整个结构的方程。求解该方程,就可以得到结构的近似解。离散化是有限元方法的基础。必须依据结构的实际情况,决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式。这样做的目的是将结构分割成足够小的单元,使得简单位移模型能足够近似地表示精确解【13】。因次它可以对各种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化,以实现产品技术创新, 故已广泛应用于各种力学、电学、磁学及很多结合学科领域; 同时, 由于它能够处理耦合问题, 使得其有更大的应用前景。你可以从专业的角度理解有限元:包括变分原理、等效积分和加权余量法等, 也可以从直观的意义上理解有限元: 把连续体划分为足够小的单元, 这些单元通过节点和边连接起来,通过选择简单函数(比如线形函数) 来近似表达位移或应力的分布或变化, 从而得到整个连续体物理量的分布和变化【14】。 2.1.2 有限元法分析过程所谓有限元法（FEA）基本思想是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。求解得到节点值后就可以通过设定

有限元法在汽车行业中的应用

有限元法在汽车行业中的应用【摘要】：汽车车身结构主要是由薄板冲压的覆盖件、承载骨架和各种加强件组成的。在有限元分析中可将它看成是由许多单元所组成的整体, 或起承载作用, 或承受、传递外部载荷, 以保证整个汽车的正常工作。【关键词】：汽车；技术；应用在当前的工程技术领域中有越来越多的复杂结构，包括复杂的几何形状、复杂的载荷作用和复杂的支撑约束等。当对这些复杂问题进行静、动态力学性能分析时, 往往可以很方便地写出基本方程和边界条件, 但却求不出解析解。这是因为大量的工程实际问题非常复杂, 有些构件的形状甚至不可能用简单的数学表达式表达, 所以就更谈不上解析解了。对于这类工程实际问题, 通常有两种分析和研究途径: 一是对复杂问题进行简化, 提出种种假设, 最终简化为一个能够处理的问题。这种方法由于太多的假设和简化, 将导致不准确乃至错误的答案。另一种方法是尽可能保留问题的各种实际工况, 寻求近似的数值解。在众多的近似分析方法中, 有限元法是最为成功和运用最广的方法。 1. 汽车结构有限元分析汽车车身结构主要是由薄板冲压的覆盖件、承载骨架和各种加强件组成的。在有限元分析中可将它看成是由许多单元所组成的整体, 或起承载作用, 或承受、传递外部载荷, 以保证整个汽车的正常工作。由于要完成各自独特的功能, 它们的结构各不相同, 并且都比较复杂。一些结构件的工作条件比较恶劣, 长期在振动和冲击载荷下工作。寻求有关这些结构件正确而可靠的设计和计算方法, 是提高汽车的工作性能及可靠性的主要途径之一。在汽车结构分析中, 有限元法由于其能够解决结构形状和边界条件都非常任意的力学问题的独特优点而被广泛使用。各种汽车结构件都可应用有限元法进行静态分析、固有特性分析和动态分析; 并且从原来对工程实际问题的静态分析为主转化为要求以模态分析和动态分析为主。也可根据工程实际结构的特点要求进行非线性分析。具体地说, 汽车结构有限元分析的应用体现于: 一是在汽车设计中对所有的结构件、主要机械零部件的刚度、强度、稳定性分析; 二是在汽车的计算机辅助设计和优化设计中, 用有限元法作为结构分析的工具; 三是在汽车结构分析中普遍采用有限元法来进行各构件的模态分析，同时在计算机屏幕上直观形象地再现各构件的振动模态, 进一步计算出各构件的动态响应, 较真实地描绘出动态过程, 为结构的动态设计提供方便有效的工具。有限元法分析汽车结构的一般过程如下:

基于ANSYS的汽车轮毂单元载荷分析

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/b913527580.html, 基于ANSYS的汽车轮毂单元载荷分析作者：吕新飞来源：《下一代》2019年第03期摘要：轮毂是汽车系统重要的运动和支撑部件，从轮毂实际结构出发，建构SoliwdWorks 实体模型，并将模型导入ANSYSWorkbench有限元分析软件作为分析工具，通过模拟轮毂实际载荷，对轮毂的各项力学性能有限元分析，可以优化轮毂设计、提高强度。关键词：轮毂;有限元;弯矩载荷一、轮毂的几何结构、载荷分析 1.1轮毂的形状结构本文轮毂为整体铸造辐条式铝合金轮毂，轮毂材料为ZL101A。通过三维软件SolidWorks 建立轮毂模型，轮毂上有5个直径为Φ22mm的PCD孔，均匀分布在直径为Φ108mm的圆周上。结合实际，将辐条表面形状设计为多曲面结合，较平面设计可提高结构的抗冲击性能。轮毂为五辐条式，且大部分汽车轮毂均为5幅设计。据统计，轿车轮毂PCD数值5孔占70%以上。下面通过五幅轮毂展开分析。 1.2汽车轮毂的轻量化发展趋势及材料选用中国汽车行业的飞速发展带来了一系列安全、能源等方面的问题，为了获得更多经济效益和动力性能，汽车工业发展要有新的技术工艺。汽车轮毂轻量化在节能减排、降低油耗等方面起着至关重要的作用，考虑汽车平稳、舒适、无噪音等整体运行情况，对汽车的结构和形状进行优化。根据RAYS的测算，减轻lkg非簧载质量（例如，轮毂重量轻lkg，相当于整车质量轻15kg）铝合金以其轻量、散热性好、减震性好等诸多优点大量应用于汽车轻量化，推动了汽车轻量化的发展。二、建立有限元模型 2.1轮毂模型的导入、建立及简化将在SolidWorks软件中完成的零部件3D造型按照Parasolid标准输出“.x_t”文件，导入ANSYS环境。因轮辐表面由多曲而构成，结构相对复杂，以采用自由网格划分方式“AutomaticMethod”生成网格，而轮缘及胎圈座部分结构较为规则，采用六面体法“Hex Donimant Method”生成網格。共生成12174个节点，4725个基本单元。为了节约仿真计算时间

汽车结构有限元分析

汽车结构的常规有限元分析本文介绍了与产品研发同步的5个有限元分析阶段，阐述了有限元模型建立过程中应注意的问题，简单介绍了汽车产品的4种常规分析方法，建立汽车设计标准的方法，以及3个强度分析范例。范例1说明了有限元分析应注意的内容，范例2和3介绍了“应力幅值法”在解决汽车车轮轮辐开裂和汽车发动机汽缸体水套底板开裂问题的应用。汽车是艺术和技术的结合。一辆好车的主要特点是造型美观、有时代感、结构设计合理、轻量化、材料利用率高，车辆性能先进并且满足国家法规、标准和环保的要求，质量可靠、保养方便、低成本、用户满意、满足市场需求等。在竞争日益激烈的汽车市场，汽车性价比已经成为市场竞争的焦点。采用有限元的常规分析技术，用计算机辅助设计代替经验设计，预测结构性能、实现结构优化，提高产品研发水平、降低产品成本，加快新产品上市。 1. 与产品研发同步的5个有限元分析阶段在汽车产品研发流程中，一般有如下5个同步的有限元分析阶段：第0阶段：对样车进行试验和分析；第1阶段：概念设计阶段的分析；第2阶段：详细设计阶段的分析；第3阶段：确认设计阶段的分析；第4阶段：产品批量生产后改进设计的分析。有限元分析在产品研发的不同阶段有不同的分析目的和分析内容。有限元分析和试验分析是互相结合和验证的。在详细设计阶段，有些汽车公司对白车身和成品车车身都进行有限元分析，有些汽车公司只对白车身进行有限元分析。 2. 有限元分析的关键环节――建立合理的有限元模型有限元模型的建立是有限元分析的关键环节。通过力学分析，把实际工程问题简化为有限元分析的问题，提出建立有限元模型的具体意见和方法，确定载荷和位移边界条件，使得有限元分析有较好的模拟（仿真）效果。前处理自动生成的网格可能存在问题。建立有限元模型的好坏直接影响计算结果的误差和分析结论的正确性。在结构的几何图形上，划分有限元网格是建立有限元模型的主要内容之一。在用有限元分析的前处理自动生成网格时，特别是用常应变单元自动生成有限元网格时要非常注意，有可能存在问题，应引起注意，必要时加以改进。要想用有限元分析前处理自动生成出好的有限元网格也要付出辛勤地劳动。即使在方案比较的情况下，应力和变形的分布规律也不能离谱，计算结果的误差也应在给定的范围之内，建立好的有限元模型与分析经验有关。在没有有限元分析指南的情况下，用力学分析和试验结果对有限元模型的确认和对计算结

汽车结构有限元分析--第六讲_汽车结构有限元分析实例

----------------------汽车结构分析实例 ?1、汽车结构设计准则与目标 ?2、汽车结构有限元模型 ?3、汽车结构强度分析 ?4、汽车结构刚度分析 ?5、汽车结构动态分析 ?6、汽车结构疲劳分析 ?7、汽车结构碰撞分析 ?8、汽车结构有限元优化设计

1、汽车结构设计准则与目标 ?有限元分析方法是汽车数字化设计的一项核心技术； ?在产品设计阶段对汽车结构及性能做出预先评估； ?有限元分析能够提供大量的仿真试验数据和技术参数，进而可以替代部分试验，有利于设计经验的积累和设计技术的提高。 ------汽车结构分析的目的主要是解决汽车结构的可靠性、安全性、经济性和舒适性等问题，其分析内容十分广泛，而且相互关联，主要涉及以下内容： ?可靠性：研究汽车结构强度、刚度和动态特性，以及疲劳寿命等； ?安全性：研究结构耐撞性与乘员安全性等； ?经济性：研究结构优化及轻量化等； ?舒适性：进行结构振动噪声分析等。

汽车结构设计准则与目标 ?结构分析可以划分成几个阶段，各阶段有不同的设计目标。 ?◇概念设计阶段建立相应的设计目标； ?◇详细设计阶段达到相应的设计目标； ?◇样车制作阶段验证整车的性能并且分析设计中存在问题； ?◇产品制造阶段验证设计和改进产品。 ------以下概略汇总了汽车结构分析中在概念设计阶段和详细设计阶段汽车结构部分分析内容及设计目标，这些内容与目标是动态发展的，需要结合工程实际不断调整并发展。

基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计

摘要轻量化是世界汽车工业发展的主要趋势，轻质材料铝及其合金等的使用是一种有效的途径。目前，大部分汽车车轮已使用铝及其合金做作为材料，利用现代设计方法，在此基础上进一步实现车轮的轻量化则是本文的研究所在。在研究了CAD软件Pro /E以及有限元分析软件ANSYS的功能及其主要特点后，着重进行了了应用ANSYS对铝合金车轮进行结构强度分析的具体过程。首先使用Pro/E软件，按照轮辋的国家标准，建构车轮的实体模型;然后把模型导入ANSYS，按2005年中国汽车行业标准中的汽车轻合金车轮的性能要求和实验方法所规定的疲劳实验要求施加荷载;然后进行强度分析和模态分析，分析结果表明，车轮的最大应力远小于铝合金的许用应力，车轮的固有频率满足要求，存在进一步改进的可能和必要。最后，改进车轮模型，改进结果表明，车轮的重量有了显著的减少。利用CAE分析技术有助于提高汽车车轮的设计水平、缩短设计周期、减少开发成本。该方法具有普遍性，适用于指导任何其言型号车轮的设计和分析。关键词：铝合金车轮；结构设计；有限元分析；强度分析；模态分析

ABSTRACT Lightweight is the main trends of the world's automotive industry, lightweight materials such as the use of aluminum and its alloys is an effective way. At present, most automotive aluminum and its alloy wheels have been used to do as a material, using modern design methods, based on the further realization of this lightweight wheels is the Institute of this article. In the study of the CAD software Pro / E and ANSYS finite element analysis software functions and the main characteristics, the Emphasis was the application of ANSYS, the structural strength of aluminum alloy wheel analysis of the specific process. First ，uses the Pro / E software, according to the rim of the national standards, building wheel solid model; then the model into ANSYS, by 2005 China's auto industry standard in automotive light-alloy wheels and performance requirements and test methods under the fatigue test requirements defined load and then the strength analysis and the results showed that the wheel is much less than the maximum stress allowable stress of aluminum alloy, there is further improvement possible and necessary. Then, the improved wheel models, improved results show that the weight of the wheels have been significantly reduced. The results show that the use of CAE analysis technology helps improve the design of automobile wheel level, shorten design cycles, reduce development costs. The method is universal, applicable to any of his words and models to guide the design and analysis of the wheel. Key words: Aluminum Alloy Wheels; Structural Design; Finite Element Analysis; Strength Analysis; Modal Analysis

轮毂有限元分析说明书

目录 1设计项目名称 (2) 2设计目的和要求 (2) 3实验内容： (2) 4试验方法： (2) 5三维建模生成轮毂实体 (2) 6模型导入ANASYS过程 (13) 7定义材料属性 (13) 8划分网格 (14) 9 施加约束和载荷 (14) 10浏览及分析结果 (16) 11参考文献 (17)

1设计项目名称大型工程软件综合课程设计 2设计目的和要求 (1)掌握应用catia实体建模方法。 (2 )掌握应用ansys进行简单有限元分析方法，要求学生能对问题进行分析，自己独立完成。 3实验内容：利用CATI A画出轮毂实体模型,然后倒入ANASY对轮毂进行有限元分析，观察轮毂在静止时面受力变化情况。 4试验方法：合理利用好CATIA和ANASYS各命令，完成实体建模与分析 5三维建模生成轮毂实体 (1)打开CATIA软件:开始→机械设计→零部件设计。 (2)单位设置：工具→选项→单位→把长度单位改为毫米→单击确定。 (3)由XY平面进入草图，以原点为圆心画一个半径为200mm的圆，退出草图，将圆拉伸成280mm的凸台。 (4)由yz平面进入草图，用直线命令画出插入几何体的平面轮廓如图：

图5.1 (5) 退出草图，将轮廓曲面绕圆柱轴线旋转360°，结果如图：图5.2

(6)生成新的实体：图5.3 (7)由圆柱上平面，进入草图，以原点为圆心画一个半径为190mm的圆，退出草图，将做深度为20mm的凹槽。结果如图：图5.4

(8) 由YZ平面进入草图，利用线命令画出插入体的平面图形，如图所示：图5.5 (9) 退出草图，将插入面绕圆柱轴线旋转360度,如图：图5.6

基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计-开题报告

毕业设计开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级指导教师姓名职称教授从事专业车辆工程、交通工程是否外聘□是√否题目名称基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计一、课题研究现状、选题目的和意义 1、课题研究现状 1）铝合金车轮的起源，发展长时期内，钢制车轮在车轮制造业中占主导地位，随着科学技术的发展与进步，对车辆安全、环保、节能的要求日趋严格，铝合金车轮以其美观、质轻、节能、散热好、耐腐蚀、加工性能好等特点，逐步取代钢制车轮。铝合金车轮的出现到如今渐渐替代钢制车轮是一个漫长的发展阶段。在20世纪初，一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。1923年，Bugatti公司大胆地将砂型铸造的铝合金车轮装上了赛车，加世纪30年代联邦德国汽车联合会、拜尔(BMW)发动机公司及戴姆勒一奔驰汽车公司，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。1945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20世纪50年代末，联邦德国还只能少量地生产铝合金车轮。1970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2002型轿车上，1972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1970年后至1984年之间快速发展起来的，在1984年的年产量达640万件。意大利在1979年曾生产150万件。到1980年，西欧共生产700多万件铝合金车轮(其中50%是铸造铝合金车轮)，并以年产6%~7%的速度递增。1988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，Pontiac SE车型的Grand Prix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Gorvette车和另外两种Grand Prix车型也采用了铝合金车轮;Pontiao Fiero 的一种新车采用了表面为黑色的铝合金车轮;Dodge Dynasty车也把花边式样的铝合金车轮装了上去。同年，福特公司在Merkur Scorprio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。20世纪80年代初，美国原装轿车铝合金车轮装车率大约4%一5%，如今已超过40%。而日本目前轿车铝合金车轮装车率超过45%，欧洲国家超过50%。我国铝合金车轮工业起步较晚，最早使用铝合金车轮是在20世纪80年代初，国营洪都机械厂

电动汽车轮毂式驱动电机有限元分析_尚军军

北京力学会第18届学术年会论文集：计算力学电动汽车轮毂式驱动电机有限元分析尚军军杨庆生（北京工业大学机电学院，100124）摘要：本文确定了电动汽车轮毂式驱动电机的参数，采用了分数槽的方式，有效地减小了电动机运转时所产生的转矩脉动。利用有限元软件对电动机的磁场进行了分析和计算，在 ANSYS中导入2-D模型，并对该模型进行划分网格、加载、求解，得到永磁直流电机的磁场磁力线分布图、磁通密度模值、磁通密度矢量显示图、磁场强度分布图等分析结果，说明了采用分数槽的钕铁硼永磁直流电动机具有磁性能好，磁化均匀，利用率高等优势。关键词：永磁无刷直流电动机，分数槽，有限元一、轮毂式驱动电机的参数选择通过查阅文献，本文采用适合作轮毂驱动电机的三相永磁无刷直流电动机。从减少电动机的定子齿槽引起的转矩脉动，从而降低电动机运转时产生的噪声的角度出发，采取分数槽技术。分数槽[1]是指电机的每极每相槽数为分数，它提高了槽满率，改善了反电势波形的正弦性，提高了电动机的性能。电机的槽数为51，极数为46，永磁材料为钕铁硼，它的额定数据如表1所示。表1 轮毂式驱动电机的额定参数额定功率额定转速额定运行电压额定运行电流最大转矩起动转矩倍数 2.7kw1000r/min 216v 14A 50Nm 5 二、轮毂电机的有限元分析首先创建有限元模型[2]。进入偏好设置，选择电磁分析选项中的Magnetic-Nodal, 设置好分析类型。进入前处理器并定义单元类型为Magnetic Vector下的Quad 8 node 53。定义材料属性：空气的相对磁导率值为1，材料编号为1；转子壳材料编号为2，相对磁导率为8000；永磁体材料编号为3，相对磁导率为1.14，磁化方向为X轴正方向，永磁体的矫顽力为755740A/m。电磁场分析模型可用AUTOCAD绘制并生成面域的SAT图形导入。导入后将其转化成ANSYS模型，并显示出来，对其进行布尔操作，使各个不同的面分开。建立局部坐标系，确定永磁体的充磁方向，通过三点在46个磁钢上建立46个局部坐标系。其次，进行网格剖分。给几何图形中各部分分配单元及材料属性，单

风力发电机组轮毂极限强度的有限元分析

风力发电机组轮毂极限强度的有限元分析文章是基于有限元理论，对兆瓦级风力发电机组的轮毂进行强度及疲劳计算。轮毂是风力发电机中的重要组成部分，铸造而成，是将机械能转换为电能的核心部件，其形状复杂，轮毂的设计质量会直接影响到整个机组的正常运行及使用寿命，在其受复杂风载荷的作用下，其强度和疲劳耐久性成为此行业关注的焦点。此分析利用大型有限元分析软件Ansys对轮毂模型分析。模型中包含轮毂、主轴及叶片，从轮毂的应力分布情况，从中找出最危险的部位，为轮毂的设计提供可靠依据。标签：风力发电机；轮毂；有限元分析；极限强度 1 绪论 1.1 课题研究背景经济发展过程中，我国作为世界上人口最多的发展中国家，能源消耗量不断增加，传统化石能源无以为继，面临的能源开发利用的资源约束越来越多，环境压力也越来越大。如今，生态环境承载能力弱、资源相对紧张。传统能源利用导致的环境问题越来越严重，以及全国范围内的雾霾天气都在提醒我们要努力做到全面、协调、可持续发展，以符合当今国情。在众多的可再生能源中，风能以其巨大的优越性和发展潜力受到人们的瞩目。 1.2 轮毂在大型风力发电机组的重要性在大型风力发电机组中，轮毂是核心构件，其不仅承担着与驱动连的链接，而且将叶片所受的风载荷通过主轴传递给齿轮箱，承担着风力发电机组容量增大而带来的更大的负荷。它需要有足够的强度和刚度，以保证机组在各种工况下能正常运行。由此可看出轮毂在风力发电机组的设计和制造过程中的重要性。 2 轮毂的强度校核计算 2.1 轮毂模型介绍轮毂模型结构见图1 此机组风轮由三片叶片对称安装在轮毂上构成，叶片间的夹角为120°。利用CAD绘图软件Solidworks，绘制了轮毂的三维实体几何简化模型。在保证计算精度的前提下，由于小的孔类、圆角及小凸台类结构对计算结果影响很小并且不是关键部位，已经略去。叶片产生的气动载荷以及由于风轮旋转和机舱对风轮转动引起的离心力、惯性力和重力通过三片叶片连接点传递到轮毂上，这些载荷和轮毂自身的重力构成了轮毂载荷。最终，轮毂简化后的几何模型如图1所示。

汽车轮毂轴承凸度有限元分析

!产品设计与应用# 汽车轮毂轴承凸度有限元分析孙立明1,王大力1,赵滨海1,杨建虹2,颜　波2,张天平2 (1.洛阳轴承研究所　河南　洛阳　471039　2.万向集团技术中心　浙江　萧山　311215) 摘要:用ANSY S软件对桑塔纳轿车前轮毂轴承进行有限元分析,确定合理的凸度形式及滚子与滚道的最佳凸度匹配关系,给出了滚子、内圈滚道最佳凸度控制方程。结果表明:凸度形式及滚子与滚道的凸度匹配关系对轴承的载荷分布和承载能力有显著影响,最佳凸度控制方程对改进轮毂轴承凸度设计具有重要的指导意义。关键词:轮毂轴承;有限元;凸度中图分类号:TH133.3;O242.21 文献标识码:A 文章编号:1000-3762(2005)02-0001-04 Finite E lement Analysis on Crow ning for Automobile H ub Bearings S UN Li-ming1,W ANG Da-li1,ZH AO Bin-hai1,Y ANGJian-hong2,Y AN Bo2,ZH ANG T ian-ping2 (11Luoyang Bearing Research Institute,Luoyang471039,China; 21Wanxiang G roup T echnology Centrue,X iaoshan311215,Chian) Abstract:The crowning of the front hub bearings of Santana car is analyzed by using ANSY S finite element s oftware,and the proper crowning form and optimal crowning match relation between roller and raceway are determined.The optimal crowning control equations of roller and inner raceway is given.The results show that the crowning match relation between roller and raceway has an important in fluence for load distribution and capacity of the bearing,the optimal crowning control equations has mainly guiding meaning to improve crowning design of hub bearing. K ey w ords:hub bearing;finete element;crowning 近些年来,用户对圆锥滚子轴承的寿命提出了更为严格的要求,这不仅涉及到材料、热处理、制造水平、工装设备,而且涉及到轴承的设计,特别是滚子和滚道凸形、凸度量及最佳凸度匹配关系的确定。由于滚子和滚道接触分析属于非静定问题,滚子与滚道接触区的大小、应力、应变及应力和应变的分布状态用赫兹理论求解比较困难。因此,有必要采用现代设计方法,对这些问题进行分析求解。 1　滚子与滚道凸形和凸度量的确定根据国内外轴承样品的对比分析结果及在滚子与滚道多种设计方案进行分析的基础上,仅对收稿日期:2004-10-08 作者简介:孙立明,洛阳轴研科技股份有限公司产品开发部副部长,教授级高级工程师。滚子与内圈有凸度的情况进行仿真分析,并提出如下滚子与滚道凸度设计原则,在轻载时,滚子的有效接触长度为滚子长度的60%～70%,重载时,不出现应力集中。在此选择的凸形为修正对数曲线,并对4种情况的凸度匹配关系进行对比分析。所给出的凸度量分别为:滚子和滚道无凸度;滚子凸度2.4μm,内圈滚道凸度5μm,滚子凸度8μm,内圈滚道凸度10μm,滚子凸度15μm,内圈滚道凸度15μm。 2　滚子和滚道凸度有限元模型及仿真分析在轴承中,由于滚子和滚道的接触特征完全一致,因此用一个滚子和滚道接触的局部模型就能够进行整体的凸度仿真分析。图1给出了有限元分析网格划分模型。 ISS N1000-3762 C N41-1148/TH 轴承 Bearing 　 2005年第2期 2005,N o.2 1-3

有限元法在汽车中的应用

有限元法在汽车中的应用有限元法是随着计算机技术的应用而发展起来的一种先进的技术，广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中，成功的解决了许多复杂的设计和分析问题，己成为工程设计和分析中的重要工具。随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法，有限元法在产品设计和研制中所显示出的无可伦比的优越性，使其成为企业在市场竞争中制胜的一个重要工具，有限元法在机电工程中的应用也越来越重要。现代汽车工业技术快速发展,计算机技术不断推陈出新,使分析仿真技术以其快速高效和低成本的强大优势,成为汽车设计的重要手段,各种分析软件成为CAE技术广泛应用的工具。有限元在机械设计中的优点是有目共睹的，在汽车的设计中这些优势得到了完美的体现，其优点如下： 1、与CAD软件的无缝集成当今有限元分析软件的一个发展趋势是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。 2、更为强大的网格处理能力

有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对象的离散化、有限元求解、计算结果的后处理三部分。对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。有限元使用的自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成形等大应变分析的必要条件。 3、由求解线性问题发展到求解非线性问题随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许多工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决，必须进行非线性分析求解，为此国外一些公司花费了大量的人力和物力开发非线性求解分析软件，它们的共同特点是具有高效的非线性求解器、丰富而实用的非线性材料库。 4、由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解理论上已经证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构非线性、流体动力学和耦合场问题的求解。需要对结构场和流场的有限元分析结果交叉迭代求解，即所谓"流固耦合"的问题。由于有限元的应用越来越深入，人们关注的问题越来越复杂，耦合场的求解必定成为CAE软件的发展方向。 5、程序面向用户的开放性有限元软件允许用户根据自己的实际情况对软件进行设置和扩充，包括用户自定义单元特性、用户自定义材料本构（结构本构、热

ANSYS Workbench在铝合金轮毂冲击试验中的应用

ANSYS Workbench在铝合金轮毂冲击试验中的应用摘要：在追求环保节能的汽车行业，轻量化越来越成为高品质的代名词之一。铝合金轮毂以其良好的性能、更轻的重量、回收率高等优势成为轮毂行业的主流。本文以有限元分析软件ANSYS Workbench 为工具，对铝合金轮毂的抗冲击性进行分析和预判，为铝合金轮毂产品的开发人员提供设计依据。关键词：有限元分析；Workbench；轮毂；冲击中图分类号：TG11.3 文献标识码： A 文章编号：1673-1069（2016）22-126-2 0 引言轮毂由轮辋和轮辐部分组成，轮辐又可细分为轮盘和辐条。轮辋有规定的设计标准，但轮辐的形状复杂多变，没有统一的要求。轮毂又叫轮圈，是一个高速旋转件，并且要支撑整个汽车的重量。为保证轮毂性能的合格，主要对其做冲击试验、弯曲疲劳试验和径向疲劳试验。在实际开发和生产过程中，我们发现主要影响轮毂性能合格的是其抗冲击性。本文通过用ANSYS Workbench软件模拟对轮毂冲击应变的模拟分析，并结合实际实验结果对分析进

行验证，为轮毂开发人员提供可靠的设计依据，进而缩短开发周期、减少开发成本，从而提高企业的竞争力[1]。 1 有限元分析和ANSYS Workbench的简介 1.1 有限元分析简介有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 1.2 ANSYS Workbench的简介 ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的

铝合金车轮双轴疲劳寿命有限元分析

铝合金铝合金车车轮双轴双轴疲劳疲劳疲劳寿命有限元寿命有限元寿命有限元分析分析分析胡金华1 张芳芳1朱志华2 李宝华2 郎玉玲2 阿拉腾2 李昌海 2 （1）燕山大学河北 066004 （2）中信戴卡轮毂制造股份有限公司河北 066004 摘要：首先介绍了车轮双轴试验基本情况。其次简要介绍了车轮双轴试验有限元建模及疲劳寿命分析的基本过程。最后以860车轮为例，对铝合金车轮双轴疲劳试验进行了有限元疲劳寿命分析。 1 1 前言前言前言车轮是汽车的一个重要部件，它对汽车的行驶安全性、稳定性、平顺性和牵引性有重要的作用，对能源的消耗、轮胎的寿命和驾驶员的劳动强度都有较大的影响。车轮的设计与开发需要较高的工程经验与分析水平。新设计的轿车车轮必须通过一系列的台架试验才能批量生产。目前轿车车轮台架试验主要包括弯曲疲劳试验、径向疲劳试验、冲击强度试验和双轴疲劳试验。由于车轮工作在随机载荷之下，所以在其研制当中最关心的问题之一就是车轮的疲劳寿命，即保证车轮在使用寿命期间内不发生疲劳破坏。早期的车轮疲劳试验包括弯曲疲劳试验和径向疲劳试验。2000年，赵桂范等[1]给出了用改进的史密斯公式对车轮的疲劳寿命进行预测的计算方法。2002年，崔胜民和杨占春[2]提出了用名义应力法和局部应力应变法对车轮的疲劳寿命进行预测。王波和管迪华给出了对钢质车轮多轴疲劳寿命的预测方法。1999年，张红桩[3]在本文作者的指导下，以三维设计软件UG 和有限元分析软件ANSYS 为工具，将车轮的设计与疲劳寿命预测结合起来，建立了车轮弯曲疲劳的CAE 平台，此平台能够较可靠地预测出轮辐破坏的车轮的弯曲疲劳寿命，但是由于没有考虑各元件间的接触关系及螺栓预紧力的影响，所以不能准确地计算出法兰盘及螺栓孔附近的应力分布情况，因而对法兰盘处破坏的车轮无能为力。2000年，周荣等[4]针对钢制车轮的弯曲疲劳试验，建立了车轮弯曲疲劳试验的计算机仿真系统。此系统是以有限元分析为基础的疲劳寿命估算系统，该系统由有限元分析程序、接口程序和疲劳寿命估算程序三部分组成，给出了以有限元分析结果与名义应力法和局部应力应变法相结合对钢制车轮弯曲疲劳寿命进行预测的方法。2005年，本课题组的张国智[5]初步建立了轿车铝车轮的弯曲疲劳寿命预测、径向疲劳寿命预测和冲击强度分析的有限元模型。但是张国智[5]仅仅进行了弯曲和径向模型的有限元分析，没有进行实际意义上的疲劳分析。另外，冲击有限元分析没有针对不同类型的车轮系统地总结断裂失效准则。还需要进一步的研究总结。2007年，孙红梅[6]在本文作者指导下建立了可综合考虑轮辋刚度、弯曲应力以及车轮振动模态的基于约束变尺度优化算法的轿车车轮结构优化设计模型。该文对轿车车轮优化设计进行了有益的探索。2008年，本文作者建立了铝合金车轮冲击强度有限元分析模型并成功应用于中信戴卡公司。2009年，Mehnet[7]基于局部应变法和线弹性有限元分析对车轮径向疲劳试验进行了有限元建模。2009年，Ramanurty Raju, P. [8] 基于有限元法对