铝合金车轮设计及结构分析

发布时间：2017-03-20 10:15

  本文关键词：铝合金车轮设计及结构分析，由笔耕文化传播整理发布。

【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。 结构强度是车轮重要的性能指标。鉴于车轮弯曲疲劳试验是车轮三项性能试验中失效频率较高的一个,本文采用有限元技术对铝合金车轮弯曲疲劳试验进行强度分析。首先根据试验工况建立起16×6.5J车轮的有限元模型,通过静力分析研究螺栓预紧力、旋转离心力和试验弯矩对车轮结构强度的影响以及车轮结构的应力应变分布规律。为验证有限元计算结果的准确性,本文进行了实验应力分析,利用动态应变仪采集危险点的应力信号。结果表明,计算值与实测值间误差只有4%,有限元计算结果是可靠的,为后续的疲劳分析奠定了基础。 疲劳破坏是车轮破坏的主要形式,在设计阶段预测车轮的疲劳寿命有着重要的意义。决定结构疲劳强度的是危险点的最大最小应力值,本文利用有限元动力学分析得出车轮在旋转弯矩下的动态响应,确定危险点的位置及其应力极值。在此基础上根据疲劳寿命预测理论,采用名义应力法、局部应力应变法结合Miner修正法则和Smith-Waston-topper损伤公式预测危险点的疲劳寿命。通过与实测车轮极限疲劳寿命比较,证明了局部应力应变法和Smith-Waston-topper损伤公式更适用于预测车轮结构的疲劳寿命,尤其是低周疲劳寿命,与实测结果非常吻合。 本文关于铝合金车轮的造型设计、结构优化、强度分析和疲劳分析的研究工作,其思路和方法具有较大的通用性和工程实践价值,在与浙江万丰奥威汽轮有限公司的合作项目取得了较大的经济效益。
【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
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U463.34
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 引言8
• 1.2 铝合金车轮行业现状及其发展趋势8-12
• 1.2.1 铝合金车轮的发展及其现状8-11
• 1.2.2 铝合金车轮的发展趋势11-12
• 1.3 课题的提出12-15
• 1.3.1 铝合金车轮的设计要求12
• 1.3.2 国内铝合金车轮的设计方法12-13
• 1.3.3 有限元方法在汽车行业的应用现状13-14
• 1.3.4 课题来源及其研究的目的与意义14-15
• 1.4 国内外研究现状15-18
• 1.4.1 车轮结构优化的研究现状15-17
• 1.4.2 车轮疲劳性能研究现状17-18
• 1.5 主要研究内容18-20
• 第二章 车轮产品设计20-32
• 2.1 产品设计的概述20
• 2.2 车轮造型设计20-23
• 2.2.1 车轮造型设计的组成要素21
• 2.2.2 车轮造型设计的美学准则21-23
• 2.2.3 车轮形态构成方法23
• 2.2.4 车轮的色彩设计23
• 2.3 车轮结构优化设计23-31
• 2.3.1 车轮的尺寸优化24-25
• 2.3.2 车轮的形状优化25-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 车轮弯曲疲劳试验的静力分析32-51
• 3.1 有限元分析的基础理论32-34
• 3.1.1 变分原理32-33
• 3.1.2 单元位移模式和插值函数33-34
• 3.2 车轮弯曲疲劳试验简介34-36
• 3.3 车轮弯曲疲劳试验力学模型36-40
• 3.3.1 16×6.5J车轮几何模型的简化36-37
• 3.3.2 A356的材料特性37-38
• 3.3.3 边界条件的处理38
• 3.3.4 载荷的处理38-40
• 3.4 车轮弯曲疲劳试验有限元模型40-41
• 3.5 静力分析结果及数据分析41-46
• 3.6 实验应力分析46-49
• 3.7 本章小结49-51
• 第四章 车轮弯曲疲劳试验的动力分析51-64
• 4.1 动力学有限元分析原理51-53
• 4.1.1 动力学分析基本方程51-52
• 4.1.2 动力学分析步骤52-53
• 4.2 车轮弯曲疲劳试验工况的模态分析53-56
• 4.2.1 模态分析的定义53
• 4.2.2 模态缩减理论53-54
• 4.2.3 车轮弯曲疲劳试验模型的模态分析54-56
• 4.3 车轮弯曲疲劳试验的动力分析56-63
• 4.3.1 车轮弯曲疲劳试验动态响应类型56-57
• 4.3.2 车轮弯曲疲劳试验动力分析57-60
• 4.3.3 结果分析60-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 车轮弯曲疲劳分析64-83
• 5.1 车轮的疲劳特性研究64-68
• 5.1.1 疲劳破坏的形式与过程64
• 5.1.2 铝合金材料的疲劳特性64-65
• 5.1.3 影响车轮疲劳强度的因素65-68
• 5.2 疲劳寿命预测方法68-73
• 5.2.1 名义应力法69-71
• 5.2.2 局部应力-应变法71-73
• 5.3 车轮弯曲疲劳分析73-82
• 5.3.1 名义应力法预测车轮弯曲疲劳寿命73-79
• 5.3.2 局部应力应变法预测车轮弯曲疲劳寿命79-80
• 5.3.3 有限元法预测车轮弯曲疲劳寿命80-81
• 5.3.3 预测寿命与试验结果的比较分析81-82
• 5.4 本章小结82-83
• 第六章 总结与展望83-86
• 6.1 总结83-84
• 6.2 展望84-86
• 参考文献86-89
• 附录89-98
• 附录1: 16×6.5J车轮材料机械强度试验89-90
• 附录2: 16×6.5J车轮弯曲疲劳试验数据90-98
• 攻读硕士学位期间发表论文98-99
• 致谢99

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：257623