++机车车轮有限元2008-3D FEM simulation of steel quenching and investigation of the effect o

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有限元及可靠性在车身结构分析中的应用

有限元及可靠性在车身结构分析中的应用
1.1 引言........................................................................................................................................................ 1 1.2 车身有限元分析的现状与发展...................................................................................................... 1 1.3 车辆可靠性问题研究概况............................................................................................................... 2 1.4 本文工程背景介绍 ............................................................................................................................ 5 1.5 本文的研究内容................................................................................................................................. 5
首先,本文应用有限元方法进行客车车身计算,利用ANSYS软件,把工程上的客车 车身结构转换成能为有限元计算模型。考虑客车实际运营状态,选取匀速直线行驶、扭 转、紧急制动以及急速转弯等四种典型工况,对客车车身结构的强度和刚度等静力学特 性进行研究。

基于ANSYS的火车车轮热应力有限元分析

基于ANSYS的火车车轮热应力有限元分析

基于ANSYS的火车车轮热应力有限元分析童乐1’2钟斌1’2陈刚1’2茆勇1’2邹强1’2高伟1’2(1.高性能轨道交通新材料及安全控制安徽省重点实验室;2.马鞍山钢铁股份有限公司)摘要火车刹车制动过程极易引发车轮热损伤,有必要对新设计车轮进行刹车制动过程的热应力分析。

利用AN SYS软件对新设计车轮进行热应力有限元分析,得出车轮在热载荷和静力载荷下的温度分布及应力分布情况,指导车轮的进一步优化设计。

关键词 热应力分析 A N S Y S溫度分布应力分布Finite Element Analysis of the Thermal Stress of Train Wheels Based on ANSYS Tong Le1,2Zhong Bin1,2Chen Gang1,2Mao Yong1,2Zou Qiang1,2Gao Wei1,2(1. Anhui Key Laboratory of High-performance Rail Transportation New Materials and Safety Control;2. Maanshan Iron & Steel Co. , Ltd.)Abstract The braking process of the train is very easy to cause the thermal damage of wheels. It is necessary to analyze the thermal stress of the newly designed wheels in the braking process. The thermal stress finite element anal­ysis of the new designed wheels was carried out by ANSYS software, the temperature distribution and stress distribu­tion of the wheels under heat load and static load were obtained* which guides the further optimum design of the wheels.Keywords thermal stress analysis ANSYS temperature distribution stress distribution〇前言目前,随着轨道车辆的运行速度及轴重的不断 增加,轨道车辆在高速行驶过程中所产生的动能也 在不断加大,这导致了在刹车制动过程中因闸瓦和 车轮踏面部位的机械摩擦而产生的热负荷引起的车 轮热损伤加剧[>4]。

火车车轮全模锻数值模拟

火车车轮全模锻数值模拟
Ho g M i h n ng u,Hu ng Zh hu ,Zhe e e a i i ng z y
Ab ta t W i ih—s e d a d h a y la ig o i a r n p r t n,te r q i me t o al a h e sh g sr c : t hg h p e n e v d n f al y t s o t i o r w a ao h e u r e n r i y w e li ih f r w
p o e s o oe di og n al y whe lwih fnt lme ta ay i ot r fr 3D. Th i a ig r s t v r c s fwh l e fr i g r iwa e t i ie ee n n lss s fwa e Deom e smultn e ulsha e gv n te t e r a i rt o e d e fr i fr iwa e 1 ie h h o b ssf he wh l i o gng o a l y wh e. y o
mo e a d mo e n h e r c si g p o e u e c n i u u l u owad T e me h n c lp o et s a d g o t r n r ,a d t e n w p o e sn r c d r o t o sy p tfr r . h c a i a rp r e n e mer n i y sz c u a yo oe d ef r ig r i ywh e etrt a te al a e 1 h sp p r a i lt d te fr n i a c rc f e wh l i o gn al e l sb t n oh rr i ywh e .T i a e ss wa i e h w h mua e omig h

三维轮胎有限元模型

三维轮胎有限元模型

第28卷第2期2001年北京化工大学学报JOURNAL OF BEI J IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GYVol.28,No.22001斜交轮胎的三维有限元模型孙淮松 崔文勇 徐 鸿(北京化工大学机电工程学院,北京 100029)摘 要:利用AU TOCAD 绘制轮胎断面轮廓图和材料分布图;编写AU TOL ISP 程序实现CAD 与ANSYS 的接口;采用ANSYS 有限元程序中的三维体单元、层单元建立的斜交轮胎(9.00220216PR )的三维有限元模型可有效地用于轮胎的非线性有限元分析。

从而进一步完善了斜交轮胎三维有限元模型的技术。

关键词:斜交轮胎;非线性分析;有限元模型中图分类号:O 242121收稿日期:2000209205第一作者:男,1976年生,硕士生 我国公路的实际状况,斜交轮胎仍将有很大的市场,对斜交轮胎进行理论分析及优化设计有着十分重要的实际工程意义[1]。

当前世界各大轮胎公司都已采用CAD 技术设计其产品结构,并用三维有限元技术来模拟轮胎在各种工况下的力学行为。

有限元分析方法在子午线轮胎结构设计与性能分析中已被广泛采用,但很少见到用该方法研究斜交轮胎的报道。

笔者认为三维非线性有限元法也是目前能够最有效地模拟斜交轮胎性能的技术方法之一。

1 轮胎径向截面有限元节点的形成1.1 绘制轮胎结构初始轮廓曲线轮胎结构设计的第一步是确定轮胎的初始轮廓曲线。

斜交轮胎的初始轮廓曲线可采用文献[2]中所述的作图法确定。

图1、图2分别为用CAD 技术绘成的9100220216PR 的斜交轮胎的径向截面轮廓图及材料分布图。

1.2 数字化轮廓的绘制由于采用ANSYS 软件进行有限元分析,因此为了更好地实现CAD 模型与ANSYS 的接口,特将轮胎的材料分布图制成数字化轮廓图。

采用数字化轮廓,可以在屏幕上交互地随意改变这些坐标点的位置以灵活地改变轮廓曲线形状。

热连轧辊系变形三维建模及有限元分析

热连轧辊系变形三维建模及有限元分析

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1、绪论1.1 四辊轧机发展情况概论近年来我国轧钢行业得到了飞速发展,钢材年产量突破了2亿吨,已连续多年成为世界钢产量第一大国。

板带材的轧制生产能力逐步提升到了一个较高的水平,各种板带产品也得以广泛的应用于生产和生活中的方方面面。

但是我国目前轧钢生产的技术水平与国际先进水平相比还有相当大的差距,轧制产品的主要技术指标与国际先进水平相比仍有相当大的差距,我国已经入世,国外钢材生产技术强国的行业冲击愈发明显起来,要想在空前激烈的竞争中得以生存、获得发展,我们就必须在轧机精度控制等方面多做工作。

四辊轧机以其较高的生产能力和良好的产品质量广泛应用于板带生产中,近年来随着国民经济的不断发展以及工业生产需求的不断增长,用户对板带产品的平直度等指标要求越来越高,这就对板带轧制中辊缝的控制精度提出了更高的要求。

对四辊轧机辊系变形进行分析,是关乎板带材质量的决定性因素。

如何提高轧机辊系变形分析的水平,对各个工厂来说是要亟待解决的,传统的分析方法,繁杂且精度不高。

本课题采用基于ANSYS软件的有限元分析法对四辊轧机辊系变形进行研究,是近年来一种正在被逐步广泛应用的方法。

1.2 辊系变形计算的常用理论与计算方法1.2.1轧辊变形模型的分类关于板形的轧辊变形模型的研究发展可追溯到1958年,那时萨克斯尔(Saxl)第一次对四辊轧机做了全面深入的研究。

此后由于引进了数学模型,这一领域得到了更进一步的拓展。

这些模型的分类如下:(1) 二辊轧机的简支梁模型;(2) 四辊轧机的简支梁模型;(3) 分割梁模型;(4) 有限元分析模型。

1.2.2 二辊轧机的简支梁模型在二辊轧机简支梁模型中,将工作辊视为线弹性应力梁。

在推导梁的挠曲公式时,我们做了以下假定:(1)梁的材质均匀,在拉伸与压缩时的弹性模量相同;(2)梁的横断面相同;(3)梁至少关于一个轴向平面对称;(4)所有的加载和反作用力都与梁的轴线垂直;(5)对于具有紧凑断面的金属梁,其宽高比等于或大于8。

基于环模型的轮胎有限元建模与仿真研究

基于环模型的轮胎有限元建模与仿真研究

立平面应变单元进行。 胎冠的特性并没有显现在环
模型的固有频率预报公式中, 胎冠的径向压缩和切
向刚度一般需要根据轮胎静刚度的试验结果来进行
拟合, 也可以根据轮胎三维有限元模型的分析结果
来确定。在模拟分析过程中发现,胎冠参数包括橡胶
的剪切模量和密度, 在取实测的胎冠橡胶材料参数
进行计算时, 会出现刚度明显偏大及稳态垂直载荷
波动的问题。 经有限元计算发现对于长 22.6 mm、高
10 mm、 宽度为梁单元截面实际宽度的橡胶三维单
元, 在压缩载荷 σ0 =0.78 MPa 和剪切载荷 τ 0 =0.28 MPa 时 的 压 缩 和 剪 切 位 移 分 别 为 0.644 95 mm 和
1.032 5 mm, 而取平面应变状态时的橡胶二维平面
胎圈与带束层之间的胎侧柔度由对应节点之间的径向和切向弹性单元模拟单元的刚度特性通过表格形式给出的非线性特性来定义动态模拟中还包括了径向和切向的阻尼springdamper轮胎的跟随坐标系刚度特性kwkv定义在轮辋和胎冠相应节点的相对径向和切向位移基础上当轮胎转动起来后参考位置的轴心随时在运动而且轮胎变形后相对节点的位置和方位也会发生变化因此如果基于有限元的环模型采用对应理论环模型的胎侧刚度参修正胎冠模型原始胎冠模型试验值转动和变形的局部坐标系在跟随坐标系下径向位移与切向位移分别投影到以轮辋中心为原点的整体坐标系下
单 元 的 压 缩 和 剪 切 位 移 分 别 为 6.92 ×10 -2 mm 和
9.64×10-2 mm,因此可以看出平面单元的选择导致位
移模式的改变, 实际上对橡胶的变形产生了侧向强
制位移约束,导致刚度值明显偏大。 通过文献[11]提
供的理论方法在对橡胶的剪切模量进行修正后重新

基于UG的“火轮”汽车轮毂三维建模及有限元应力分析—毕业设计

基于UG的“火轮”汽车轮毂三维建模及有限元应力分析—毕业设计

毕业设计(论文) 题目:基于UG的“火轮”汽车轮毂三维建模及有限元应力分析论文摘要:车轮是左右整车性能最重要的安全部件,不仅要承受静态时车辆本身垂直方向的自重载荷,更需要承受车辆行驶中来自各个方向因起动、制动、转弯、路面凹凸不平等各种动态载荷所产生的不规则应力之考验。

它的轴向跳动和径向跳动精度,又直接影响到整车行驶中的平稳性、抓地性、偏摆性、制动性等行驶性能。

随着汽车工业的迅猛的发展,铝合金轮毂的应用越来越普遍。

铝合金轮毂具有重量轻,降低油耗;散热性好,提高轮胎寿命;缓冲和吸震性好;造型美观,易加工,耐腐蚀等优点。

但中国铝合金车轮行业普遍存在设计周期长,制造成本高等问题。

在汽车设计制造中计算机辅助设计是必然趋势,因此采用先进的三维CAD软件和大型CAE软件对汽车铝合金轮毂进行结构设计,有利于缩短设计周期,提高产品质量。

目前,在中国用有限单元法对铝合金车轮进行研究还处在起步阶段。

只有少数的科研院所和高校对钢制车轮进行有限元分析研究。

因此,有必要把有限元技术应用到铝合金车轮上,以解决生产实际问题。

本课题:基于UG的“火轮”汽车轮毂三维建模及有限元应力分析,是从汽车轮毂基本特征入手并结合工业设计美学,打造出具有中国元素的车轮,应用UG软件三维建模并完成网格划分,用有限元分析模块做出强度分析。

通过此次设计学习并熟练掌握UG软件的建模与有限元分析功能,对车轮做强度分析,为车轮结构优化设计提供依据。

关键词:铝合金车轮 UG 有限元AbstractWheel is the most important safety component of the vehicle performance, Not only to bear the load of the vehicle itself static weight on vertically. And withstand the test of vehicles from all directions, starting、braking、cornering、uneven surface and other dynamic loads generated by the irregular stress. Its axial and radial runout accuracy has a direct impact to the vehicle traveling in the smooth, grip, swing, braking and driving performance. By the rapid development of automobile industry, the increasing application of aluminum alloy wheels. Aluminum alloy wheels with light weight, lower fuel consumption; good heat dissipation, improve tire life; buffering and shock absorption; attractive appearance, ease of processing, corrosion resistance, etc.But in China aluminum alloy wheel industry have prevalence of long design cycles, high manufacturing costs, and other puter-aided design is an inevitable trend in automotive design and manufacturing.Therefore the use of 3D CAD software and large CAE software for car aluminum wheel structure design, is benefit to shorten the design cycle and improve the quality of products.At present, in China adopt the finite element method on the aluminum alloy wheels research is still in its initial stage.Therefore, it is necessary to adopt the finite element technique on aluminum alloy wheel, to solve the practical problems of production.This project:Based on UG establish "steamer" alloy wheel 3D modeling and finite element stress analysis, Start from the basic characteristics of the car wheels and combine the aesthetics of industrial design,to create a wheel with Chinese ing UG software establish 3D modeling and complete the meshing finite element analysis model with a strength analysis.Through this design study and master UG software 3D modeling and finite element analysis function.Do strength analysis of the wheel.Provide the basis for the optimized design of the wheel structure.Key Words: alloy wheel Unigraphics NX Finite element目录第一章绪论 (1)1.1. 课题研究目的和意义 (1)1.2. 国内外研究动态及现状分析 (2)1.2.1. 车轮的发展趋势 (2)1.2.2. 车轮疲劳分析研究 (3)1.3. 论文研究目标 (4)第二章理论基础与模型建立 (5)2.1 有限元技术及UG软件 (5)2.1.1 有限元法基本原理 (5)2.1.2 有限元法分析过程 (5)2.1.3 UG软件介绍 (7)2.2 车轮模型建立 (8)2.2.1车轮的结构设计的基本步骤: (8)2.2.2 车轮参数确定及建立模型 (9)2.3 本章小结 (14)第三章车轮径向疲劳的有限元分析 (15)3.1 车轮径向疲劳试验原理 (15)3.2 车轮径向载荷疲劳有限元分析 (16)3.2.1 车轮有限元模型建立 (16)3.2.2 径向载荷疲劳有限元分析 (19)3.3本章小结 (22)第四章车轮弯曲疲劳的有限元分析 (23)4.1 车轮弯曲疲劳试验原理 (23)4.2 车轮弯曲疲劳有限元分析 (24)4.2.1 车轮有限元模型建立 (24)4.2.2 车轮弯曲疲劳有限元分析 (26)4.3 本章小结 (29)第五章总结与展望 (30)5.1 毕业设计总结 (30)5.2 未来工作展望 (31)参考文献 (33)致谢 (32)第一章绪论1.1.课题研究目的和意义本课题研究从汽车轮毂的基本特征入手,应用UG三维软件对从工业设计美学【1】角度设计出的具有中国元素的汽车车轮建立模型,并用有限元法完成强度分析。

基于有限元方法的动车组车轮安全性能评估

基于有限元方法的动车组车轮安全性能评估

基于有限元方法的动车组车轮安全性能评估随着动车组运行速度的不断提高,对其走行部件安全性能的要求也不断提高,科学合理地评估动车组车轮安全性能势在必行。

动车组车轮在结构上虽然为一个整体,但各部位结构差异较大,在运行过程中各部位所起的作用也不相同,而且车轮在实际运行过程中受力复杂,既有轮轨间的接触力(包括横向力和纵向力),还有轮轴配合部位产生的约束力及通过轴承传递的整个车体的重量(垂向力),上述各种载荷还会因线路、速度及外界环境等因素的变化而发生变化,因此,对车轮安全性能进行评估难度较大,欧洲标准[1]推荐采用有限元方法对车轮辐板部位的安全性能进行评估。

基于欧洲标准,为满足车轮运营安全性,本文提出了基于有限元分析软件ANSYS 的动车组车轮有限元模型的建立及静强度和疲劳强度的分析计算,从而对车轮安全性能进行评估。

首先根据车轮名义尺寸建立车轮的有限元模型,然后根据车轮结构对称性确定加载平面并按照标准给出的工况及工况载荷对各加载面进行加载计算,通过有限元计算结果并结合车轮结构特点选择合理的强度准则对车轮进行静强度及疲劳强度计算,从而得出车轮强度最薄弱的部位,在该部位附近区域粘贴应变片对该实体车轮进行疲劳试验验证,将疲劳试验的结果与有限元计算结果进行比较,比较结果验证了有限元计算结果的正确性。

1有限元模型的建立1.1模型的建立以某型号动车组动车车轮为例,依据车轮产品图纸及材料特性,参数弹性模量E 为210MPa ,剪切应变酌为0.29[2],用ANSYS PLANE182平面轴对称单元建立车轮的二维有限元模型,见图1。

考虑到车轮毂孔部位的圆弧仅为满足结构或使用上的要求而设置,并非根据强度要求而存在,为了便于有限元网格的划分,将该部位的圆弧过渡简化为直线连接过渡。

整个车轮的三维有限元模型采用ANSYS SOLID 185结构单元[3],见第48页图2。

文章编号:1674-9146(2020)06-047-05贺妍收稿日期:2020-04-09;修回日期:2020-05-08作者简介:贺妍(1982-),女,山西文水人,工程师,主要从事轮对产品设计开发研究,E-mail :****************。

用MAGMA模拟软件辅助球墨铸铁轮毂工艺设计

用MAGMA模拟软件辅助球墨铸铁轮毂工艺设计

Application of Computer Technology用MAGMA 模拟软件辅助球墨铸铁轮毂工艺设计贺关水,曹玉亭,王光见(烟台胜地汽车零部件制造有限公司,山东烟台264006)摘要:介绍了球墨铸铁轮毂的原生产工艺,X 射线探伤检验和机械加工后发现表面有缩松缺陷。

用M AG M A 数值模拟软 件对原生产工艺的凝固过程进行模拟分析,根据模拟分析结果,提出了改进方案:将冒口直径由75 m m 增加至100 mm, 同时轮毂铸件缩分增加5 m m 的, 冒口的缩时,保证轮毂铸件被补缩分与冒口之的缩通道畅通。

生产结果显示:改进后的工艺达到了球墨铸铁轮毂铸件缩松缺陷 ,工艺出由743至553 , 产的。

关键词:球墨铸铁;轮毂;缩松;凝模拟中图分类号:TG255文献标识码:B文章编号% 1003-8345(2018)04-0051-04D 01:10.3969/j.issn.1003-8345.2018.04.014MAGMA Simulation Software Assisted Process Design of Nodular Iron WheelHE Guan-shui,CAO Y u-ting,W A N G Guang-jian(Yantai Winhere Auto Parts Co.,Ltd.,Yantai264006, China)Abstract : The original production technology of nodular iron hub was introduced. X -ray flaw detection and machining showedthat the surface had shrinkage defect. MAGMA numerical simulation software was used to simulate the solidification process of the original production process. According to the results of simulation analysis,the improved scheme was proposed:increase the riser diameter from 75 mm to 100 mm ,and increase the thickness by 5 mm on both sides of the feeding part of the wheel hub casting,prolong the feeding time of the riser to ensure that the feeding channel between the feeder and the riser was clear. The results showed that the improved technology achieves the purpose of eliminating the shrinkage defects of nodular cast iron wheel hub castings. Although the production rate was reduced from about 74V to about 553,it could meet the requirements of supplying high quality products to customers.Key words :nodular iron ;wheel hub ;shrinkage ;solidification simulation收稿日期% 2018-03-10 修定日期% 2018-07-21作者简介:贺关水(1986.03-),男,汉族,陕西商洛人,毕业于山东大学材料成型及控制工程专业,主要从事制动盘、制动鼓铸造工艺设 计及模具设计等方面的工作。

2A12厚板铝合金淬火过程有限元建模研究

2A12厚板铝合金淬火过程有限元建模研究

2A12厚板铝合金淬火过程有限元建模研究冯潇;张磊;李兆光;刘长勇【摘要】淬火残余应力可能造成工件淬后裂纹、削弱其疲劳强度以及造成其体积和形状的变化.在需要进行淬火处理的厚板结构铝合金零件中,这一情况尤为显著.因此,对厚板铝合金淬火过程进行有限元模拟,预测其淬后残余应力大小及分布,具有十分重要的意义.本文运用ABAQUS/Standard软件建立了2A12厚板铝合金的淬火过程有限元模型,并用反传热算法确定了以聚乙撑二醇(PAG)溶液作为淬火介质时的换热边界条件.为了验证模拟结果的可靠性,应用X射线法对厚板淬火残余应力进行了测量.模拟结果与实测数据具有较好的一致性,表明本文建立的有限元模型具有较高的精度.%Quenching residual stresses may induce quench crack and fatigue strength reducing, and cause distortion and dimensional variation. This phenomenon is particularly obvious in aluminum parts with block structure. Thus, it's important to conduct quenching simulation of aluminum blocks in order to predict the magnitude and distribution of quenching residual stress. In this study, finite element model of aluminum alloy 2A12 blocks were developed by using commercial finite element code ABAQUS/Standard software. Heat transfer boundary condition had also been investigated through inverse heat transfer method while PAG solution was used as quenching medium. The agreement between simulation results and experimental data proves the reliability of the finite element model developed in this study.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】4页(P57-60)【关键词】淬火;有限元;2A12铝合金;残余应力【作者】冯潇;张磊;李兆光;刘长勇【作者单位】清华大学机械工程系,北京100084;清华大学机械工程系,北京100084;北京控制工程研究所,北京100190;清华大学机械工程系,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TG156.352×××系列铝合金在淬火时效之后具有很高的强度,被广泛应用于航空航天领域。

轮胎制动性能FEM仿真分析和评价

轮胎制动性能FEM仿真分析和评价

轮胎制动性能FEM仿真分析和评价
臧孟炎;张彬
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2014(000)006
【摘要】基于制动过程离散化分析方法,考虑ABS的正常作用,分析了
205/55/R16型子午线轮胎在不同胎面结构下的制动性能。

使用有限元商用软件Abaqus,求得不同离散制动速度下轮胎接地区域节点与路面间的法向作用力和滑移率,获得制动器摩擦热损失率和轮胎摩擦能量损失率。

然后依据汽车动能完全被制动器和轮胎摩擦能量损失所消耗的假设,计算每个速度子区间的制动时间增量,最终求得不同胎面结构轮胎的制动时间和制动距离。

仿真分析结果与试验的良好吻合,验证了仿真方法的有效性。

【总页数】5页(P699-702,708)
【作者】臧孟炎;张彬
【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广州 510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州 510640
【正文语种】中文
【相关文献】
1.路谱对车辆制动过程中轮胎动态性能影响的仿真分析 [J], 左曙光;张琦;韩柏东
2.干燥路面上轮胎制动距离的FEM仿真 [J], 臧孟炎;陆波;陈玉祥
3.复杂花纹轮胎湿滑路面制动距离FEM仿真分析及评价 [J], 臧孟炎;段扶摇;周涛;于善虎
4.路面不平度对车辆制动过程中轮胎动态性能影响的仿真分析 [J], 左曙光; 程悦荪
5.路面不平度对车辆制动过程中轮胎动态性能影响的仿真分析 [J], 左曙光; 程悦荪因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

车轮滑动时钢轨热机耦合有限元分析

车轮滑动时钢轨热机耦合有限元分析

2009年1月第34卷第1期润滑与密封LUBR I CATI O N ENGI N EER I N GJan 12009Vol 134No 113基金项目:国家自然科学基金项目(50705078);国家重点基础研究发展计划项目(2007CB714702);霍英东教育基金会青年教师基金项目(114028);四川省青年科技基金项目(08Z Q026-021).收稿日期:2008-07-28作者简介:李伟(1985—),男,硕士研究生,研究方向:轮轨接触疲劳1E 2mail:1022li w ei@1631com 1车轮滑动时钢轨热机耦合有限元分析3李 伟 温泽峰 吴 磊 金学松(西南交通大学牵引动力国家重点实验室 四川成都610031)摘要:利用有限元分析软件ABAQUS 建立了轮轨接触热机耦合分析的热弹性平面应变有限元模型。

模型中考虑温度对材料热物理参数的影响。

分析了车轮滑动时不同摩擦因数和轴重对钢轨应力场分布的影响。

结果表明,最大VonM ises 等效应力发生在接触斑后半轴靠近接触区的边缘处,轮轨摩擦热影响区主要分布在接触表面,并随深度的增加其影响越来越小;当温升较大时,热物理参数随温度变化的影响应予以考虑;钢轨表面应力随摩擦因数和轴重增大而增大。

关键词:轮轨摩擦;移动热源;热机耦合;应力;有限元法中图分类号:T H11711 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2008)12-024-5Ther mo 2m echan i ca l Coupli n g FE M Ana lysis of Ra il duri n gW heel Sli di n gL iW e i W e n Ze fe ng W u Le i J i n Xue so ng(State Key Laborat ory of Tracti on Power,South west J iaot ong University,Chengdu Sichuan 610031,China )Abstract:A sequentially coup led ther mo 2elastic p lane strain finite element model for wheel/rail sliding was establishedby using the general 2pur pose FE code ABAQUS .The effect of the temperature on the ther mal and mechanical parameters was considered .The ther mo 2mechanical stress distributi on in the rail was obtained .The effects of the friction coefficient and wheel l oad on the stress fields in the rail were investigated .The results show that the maxi mu m Von M ises equivalent stress of the rail occurs cl ose to the edge of tail half axle of the contact patch .The ther mally affected zone exists in the thin layer of rail surface and the ther mal effect decays with increasing the dep th .It is necessary to take the effect of the temper 2ature dependence ther mal and mechanical parameters into account when the temperature rise is high .The stresses of the rail near the surface increase with increasing the friction coefficient and the axle l oad .Keywords:wheel/rail friction;moving heat res ource;ther mo 2mechanical coup ling;stress;finite element method 随着列车速度和轴重的大幅度提高,牵引和制动性能也得到了很大提高,从而要求更加有效地利用轮轨间的可用粘着。

基于Dynaform的钢制车轮轮辐冲压成形有限元模拟

基于Dynaform的钢制车轮轮辐冲压成形有限元模拟

基于Dynaform的钢制车轮轮辐冲压成形有限元模拟孙腾【摘要】板料成形技术是工业领域中最重要的一种金属加工方式.利用“分解-综合”原理,对反拉深成形工步进行工艺分析,在对预拉深成形型面进行优化的同时,改进了轮辐冲压成形工艺方案.基于Dynaform冲压成形软件,建立了汽车轮辐反拉深有限元模型,并对有限元模型进行数值模拟,验证了优化过的模具型面和新工艺路线的合理性和可行性.最后,针对轮辐翻孔成形减薄严重,设计了四因素、四水平的正交试验表,通过极差分析找到了一组轮辐轴孔翻边成形最佳工艺参数.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】4页(P94-96,104)【关键词】轮辐冲压成形;工艺分析;有限元;正交试验【作者】孙腾【作者单位】钦州学院,广西钦州535011【正文语种】中文【中图分类】TG386.1板料成形技术是先进制造技术的重要组成部分,其成形过程中通常伴随着大位移、大变形[1]。

大多数冲压件成形过程都较为复杂,其成形过程大都需要反复试验,造成生产周期过长和人力财力的大量浪费[2-4]。

随着有限元技术发展日趋成熟,将制定工艺流程与计算机仿真技术相结合,有利于节约成本,提高生产效率。

高蔚然等人[5]建立了冲压轮辐三维有限元模型,对轮辐翻孔成形的关键工序进行了有限元模拟,验证了有限元模型的可靠性。

焦明成等人[6]利用高强度钢对钢圈轮辐的成形参数进行优化,并通过有限元模拟与实际生产测试结果相比较,验证了工艺参数的合理性。

路平等人[7]利用ABAQUS软件建立轮辐三旋压的错距强力旋压过程弹塑性有限元模型,并对成形过程进行了分析。

汽车轮辐作为汽车车轮中最重要的冲压件,如果在成形过程中出现成形缺陷,将对汽车整体的可靠性产生深远影响。

本文基于Dynaform软件对广西某厂的汽车轮辐成形过程进行数值模拟,并寻找最佳成形参数,对提高汽车轮辐的成形质量和生产效率具有重要的指导意义。

车轮轧制成形过程的有限元模拟

车轮轧制成形过程的有限元模拟

车轮轧制成形过程的有限元模拟
武胜飞;陆彬;崔振山;张磊;许章泽
【期刊名称】《塑性工程学报》
【年(卷),期】2011(18)6
【摘要】采用DEFORM-3D建立车轮轧制过程三维有限元分析模型,在建立轧制过程的数学模型和开发轧辊运动的控制算法,并与DEFORM软件集成的基础上,模拟了实际轧制过程中轧辊的运动。

从轧制力对比与轮坯几何形状的分析两方面验证了模型和控制算法的可靠性;分析了轧制过程中材料的流动规律,为改进轧制工艺提供了参考。

【总页数】5页(P36-40)
【关键词】车轮;轧制;控制算法;有限元
【作者】武胜飞;陆彬;崔振山;张磊;许章泽
【作者单位】上海交通大学模具314国家工程研究中心;马鞍山钢铁股份有限公司车轮公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG335.1
【相关文献】
1.汽车轮毂旋压成形过程的有限元数值模拟 [J], 孙丽丽;聂爱琴;胡小建;薛克敏
2.汽车轮胎螺母挤镦复合成形过程温度场的有限元数值模拟 [J], 胡秀丽;王忠金;王仲仁;朱伟成;刘春伟
3.汽车轮胎螺母挤镦复合成形过程温度场的有限元数值模拟 [J], 胡秀丽;王忠金;王仲仁;朱伟成;刘春伟
4.快速车轮成形过程的刚塑性有限元数值模拟 [J], 陈慧琴;郭晓霞;刘建生;张平因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

汽车轮胎在泥泞路面行驶过程三维有限元计算

汽车轮胎在泥泞路面行驶过程三维有限元计算

1.2
论文选题的目的和意义
在轮胎和车辆设计过程中的诸多要求和规范中,轮胎和地面间相互作用的因素
是整个设计过程当中最基本的部分,轮胎作为车辆唯一和地面接触的部分,研究它 与路面之间的相互作用是非常必要的。 汽车行驶在泥泞的泥土路面时,由于饱和淤泥的塑性及粘性特征,轮胎和路面 之间的作用情况非常复杂,轮胎的牵引性能与干硬路面情况相比有很大不同。一方 面,在高速行驶过程中,当轮胎作用在泥泞路面上的时候,淤泥路面上的水、尘土、 油污等物质混合,形成粘度高的流体物质,高速行驶的轮胎与淤泥路面相互接触时,
1
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
这些粘性流体物质进入到轮胎花纹当中,使轮胎表面附着系数大为降低[1],从而影响 到车辆的牵引能力、通过能力、操纵性、安全性,对于汽车造成一定的危险[2],由于 附着系数的降低,地面不能提供足够的摩擦力,导致轮胎的牵引力下降。这个问题 都是汽车轮胎工程界非常关心的,它影响汽车的行驶性能。 国内外对于轮胎与干硬路面的相互作用研究比较深入,但是目前的研究很少涉 及轮胎在泥泞路面上的牵引性能,而这方面的研究对于汽车的行驶性能和安全性有 重要影响,是轮胎设计工程界关心的。本文利用显式时间积分的流固耦合有限元方 法,针对几种典型的轮胎,建立轮胎和泥泞路面耦合作用的计算模型,计算模拟轮 胎在泥泞路面下直线运动过程,不同轮胎在泥泞路面下牵引性能,为汽车在泥泞路 面的行驶安全和性能以及轮胎设计提供依据。
II
Computer simulation
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到,本声明的法律结果由本人承 担。

基于ANSYS的载重车辆轮胎失效仿真研究[1]

基于ANSYS的载重车辆轮胎失效仿真研究[1]

2008年第4期车辆与动力技术Vehicle &Power Technol ogy总第112期文章编号:1009-4687(2008)04-0058-05基于ANS YS 的载重车辆轮胎失效仿真研究齐晓杰1,2, 于建国1(11东北林业大学交通学院,哈尔滨 150050;21黑龙江工程学院汽车工程系,哈尔滨 150050)摘 要:针对轮胎的主要失效形式,利用有限元法进行了失效仿真研究,主要进行了应力、应变及位移状况的分析,并对轮胎的寿命进行了预测.关键词:载重车辆轮胎;有限元分析;失效仿真;寿命预测中图分类号:U4631341+3 文献标识码:ASi m ul ati on Research on the Heavy 2duty Vehi cleTyre Fa ilure Based on ANS YSQ I Xiao 2jie1,2, Y U J ian 2guo1(11The Traffic College,Northeast Forestry University,Haerbin 150050,China;21The Aut omobile Engineering Depart m ent,Hei L ongjiang I nstitute of Technol ogy,Haerbin 150050,China )Abstract:The finite ele ment failure si m ulati on research of tyres is achived t o their main failure f or m.The stress,strain and the dis p lace ment in the tyres are analyzed ,and the seruice life of the Tyres is f orecasted .Key words:heavy 2duty vehicle tyres;finite ele ment analysis;failure si m ulati on;life p redicti on收稿日期:2008-09-01作者简介:齐晓杰(1960-),男,在读博士,教授. 随着汽车技术水平的不断提高,载重车辆行驶的速度越来越快,交通越来越便捷,但同时道路交通事故给人民带来的伤害也越来越大.其中,一部分道路交通事故是由于载重车辆轮胎在高速重载情况下突然失效造成的.因此,研究载重车辆轮胎的力学特性,进行有限元失效仿真研究对提高交通安全具有重要意义.作者主要针对载重车辆轮胎在高速和重载条件下出现的失效形式,研究载重车辆轮胎的力学特性并进行有限元失效仿真研究与分析,获得载重车辆轮胎在不同压力场和温度场下的应力、应变分布状况,最后对轮胎的综合应力、应变分布状况进行了较为深入的分析研究,并对轮胎的寿命进行了预测,为进一步进行子午线轮胎的动态接触分析和结构优化设计奠定了理论基础[1,2].1 载重车辆轮胎主要失效形式载重车辆轮胎大部分用于专业运输系统,承载重,经常在较差路面上行驶.在高速和重载的工况下,常见的失效形式有:①轮胎胎面磨损,包括正常和异常磨损;②轮胎结构性损坏,包括因轮胎使用不当造成的结构性损坏和因车辆底盘技术状况不良造成的结构性损坏.前者表现为轮胎胎体断线穿洞破裂、帘线松散脱胶、线层与面胶脱离等失效形式;后者表现为极度异常磨损、机械擦伤或划伤等失效形式.损坏原因主要有:①当载重车辆速度过高或第4期齐晓杰等:基于ANSYS 的载重车辆轮胎失效仿真研究负荷过大时,轮胎所受载荷也急剧增大,致使轮胎内帘布层之间、帘布层与橡胶之间、内胎和外胎之间的磨损加剧,热量增多,温度升高.而橡胶在高温下的抗拉强度、耐磨性和粘结力均显著降低,最终造成轮胎的结构性损坏;②载重车辆轮胎运营里程过长又没有及时进行换位保养,轮胎经常处以单方向与路面摩擦,极易造成轮胎的不均匀磨损.2 载重车辆轮胎失效仿真研究与分析1)轮胎三维实体模型的建立及模型导入选用典型规格的10100R20载重子午线轮胎作为载体进行建模分析.构建轮胎模型主要使用拉伸、实体化、阵列、环形折弯、镜像、复制特征等工具,轮胎与地面装配模型如图1所示.ANSYS 在默认的情况下是不能直接对Pr o /E 中的pat 及as m 文件进行直接转换的,必须通过以下对ANSYS 设置连接过程进行激活模块:鼠标点击“开始→程序→ANSYS8.0→U tilities →ANS_ADM I N ”,选择configurati on op ti ons →OK,接下来的对话框顺序选取.Configurati on Connecti on f or Pr o /E →OK,AN 2SYSMulti physics &W I N 32→OK,完成后ANSYS 提示已在自己的安装目录中成功生成config anscon 文件,记下config anscon 的路径.在接下来出现的对话框中“Pr o /Engireer I nstallati on path ”选项后输入Pr o /E 的起始安装路径如“C:\Pr o -gra m Files \p r oe W ildfire 3.0”,“Language used with Pr o /Engi 2neer ”选项用默认的usascii,点击OK .出现对话框提示在Pr o /E 目录下建立了一个p r otk .dat 文件,点击确定完成配置.然后将config anscon 拷贝到Pr o /E 的安装路径.最后,将ANSYS 的路径追加到path,如“C:\Pr ogra mFiles \Ansys I nc \Shared Files \bin \intel ”运行Pr o /E,在Pr o /E 软件的工具菜单后面出现了ANSYS8.0,点击Pr o /E 中的ANSYS8.0按钮(如图2所示),子午线轮胎便导入ANSYS 中[3~6].图1 子午线轮胎三维模型图2 将子午线轮胎模型导入ANSYS 软件2)子午线轮胎的有限元失效仿真研究1)网格划分为精确分析接触区域的应力-应变场,对可能接触的胎圈区域进行网格细分,并且接地部分的网格划分得更细,划分密度为10.由平面网格旋转拉伸生成3/4三维模型,如图3所示.图3 网格划分2)模型特殊处理轮辋与胎圈的过盈配合:轮辋与胎圈是过盈配合,考虑到轮辋定位后的实际位置与定位前的胎圈是相交的,本模型先将轮辋沿轮胎轴线移动-40mm ,使轮辋与胎圈有一定间隙,再给轮辋定义一个沿轴向的位移(40mm ),通过定义接触边界条件来真实地模拟轮辋与胎圈的配合.在考虑轮辋的约束时,通过将钢丝圈上所有节点的6个自由度全部约束;当考虑路面对轮胎的约束时,将模型中的目标面(即地面)的所有自由度约束.试验中的下沉量从轮胎充气后的胎面位置开始计算,即充气过程中路面对轮胎没有约束.由于预先不知道充气后胎面的位置,为了真实地模拟试验,本模型将路面从胎面的初始位置沿径向向外移动(大于估计的胎面径向位移量),保证充气过程中路面对轮胎没有约束.3)边界条件的设定通过直接约束法解决接触问题.将轮辋和路面定义为刚体,给定轮辋沿轴向的位移和路面移向轴心的位移,将可能与轮辋、路面发生接触的单元定义为可变形体.・95・车辆与动力技术2008年4)载荷工况的设定对模型先后施加下述5种载荷:①轮辋定位载荷:通过轮辋沿轴向(X方向)的位移来实现;②充气压力:施加在轮胎的内表面;③静负荷:通过路面相对于轮胎轴心的下沉量来实现;④自由滚动:通过轮胎的扭矩控制;⑤稳态滚动:通过轮胎的转速控制.模拟的试验条件:充气压力为0184MPa、静负荷为25000kg(对应路面的下沉量为28mm),充气压力为0125MPa、静负荷为2940kg(对应路面的下沉量为10mm)两种情况.静负荷是充气后加上去的,即路面的下沉量是从轮胎充气后的位置计算的.滚动工况通过施加转矩来实现,在轮胎的中心轴处左右两侧端面约束X方向位移为0,对地面施加固定约束.在轮胎上施加实际工作时承载的重量40kg,在轮心处内表面节点施加恒定转速1313rad/s.考虑到轮胎与地面的摩擦作用,静摩擦系数取为0.7[7,8].首先建立起轮胎与地面的接触模型,定义接触对过程如图4所示.约束的建立及加载过程如图5、6所示.施加对称载荷的过程如图7所示.轮胎与轮辋间的接触换热用热-耦合分析方法来完成,热-耦合分析方法通过施加速度边界条件和施加热边界条件来实现.设置过程如下图8所示.图4 接触对的建立图5 建立约束(左)和施加均布载荷(右)图6 施加静载荷(左)施加扭矩(右)图7 施加对称载荷图8 施加速度(左)和热(右)边界条件3 仿真结论分析1)不同压力场下应力和应变静止工况下不同压力场的变形如图9所示,自由滚动工况下不同压力场的变形如图10所示,静止工况下不同压力场的应力如图11所示,自由滚动工况下不同压力场的应力如图12所示,轮胎不同层之间的应力关系如图13所示.图9 静止工况下的轮胎变形・6・第4期齐晓杰等:基于ANSYS的载重车辆轮胎失效仿真研究图10 自由滚动工况下的轮胎变形图11 静止工况下的接触应力图12 自由滚动工况下的接触应力图13 轮胎不同层间的应力 2)轮胎的应力关系分析由图可以分析出,在胎冠部中央张力最大,当胎体的约束程度提高时,胎体内的张力逐渐减小,而带束内的帘线所承受的力不断增大.分析结果表明,带束层受力的基本状况主要取决于充气压力,静负荷的作用主要在接地区里影响带束层的受力状况,而钢丝圈的应力几乎不受影响.3)整体分析由分析得到的结果可以发现施加静态载荷后,轮胎接地面内最大值并不出现在接地面中心,而是偏离中心节点.通过胎面位移随充气压力的变化关系可以看出,充气开始阶段胎面位移有波动,随着充气压力增大,胎面位移量增大,且与充气压力基本呈线性关系.4)接地区域分析由图可以看出,垂直位移主要集中在与地面接触的节点上,随着下沉量的增大,接地区域扩大,接触压力增大,并且接地区域近似为1/4椭圆形.随着下沉量增大,接触反力增大,并与下沉量近似呈线性关系.在一定下沉量条件下,随着充气压力提高,路面接触反力增大,并且两者基本呈线性关系.从轮胎断面变形前后的对照图中,可以看到带束层及胎体帘线产生了变形.接地区域轮胎中应变分布图显示了在带束层边缘和胎圈外侧应变较大,由此可以预测轮胎的滚动过程中,由于橡胶存在滞后损失,使这两个部位容易生热,并且散热较困难,致使温度较高.这与轮胎在实际工作过程中,经常出现肩空、肩裂和胎圈爆破是一致的.4 子午线轮胎的疲劳寿命预测通过以上有限元分析得到的变化规律,可以直观的观察与轮胎寿命相关的负荷、压力、速度和温度的变化趋势,从而可以预测出轮胎的使用寿命.当轮胎受随机载荷作用时,其疲劳寿命不能是各循环应力对应寿命的简单迭加,而需要运用一定的累积损伤法则将各应力引起的损伤累加起来,进行寿命计算.本研究采用M iner 线性累积损伤法则计算累积损伤寿命N ,其具体形式如下:N =∑mi =1n i /∑mi =1n iN i,(1)式中 n i 为每次运行中某种循环的循环次数;N i 为根据该循环的应力幅值考虑平均应力的影响,m 为统计出的应力循环种类数.汽车轮胎行驶过程中承受多种载荷的作用,但总的说来可以分为径向载荷和弯曲载荷两种,根据以往的轮胎试验,轮胎因弯曲疲劳造成破坏的比例很高,并且大多数同类型轮胎的疲劳裂纹都产生在轮辐螺母座附近,而径向疲劳造成破坏的比例相对较低,所以选择轮辐螺母座处在弯曲工况下进行寿命计算.在轮胎疲劳试验中,每个循环的最大主应力及最小主应力都分别有它们的最大值和最小值,利用公式(2)可求出当量应力在一个循环周期的幅值σra 和平均值σr m .σra =σ21a +σ22a -σ1a σ2a ,σr m =σ21m +σ22m -σ1m σ2m ,(2)式中 σ1a 为最大主应力在一个循环周期内的幅值;σ2a 为最小主应力在一个循环周期内的幅值;σ1m・16・车辆与动力技术2008年为最大主应力在一个循环周期内的平均值;σ2m为最小主应力在一个循环周期内的平均值.本研究通过对子午线轮胎进行了有限元失效仿真分析,当给轮胎施加25000N垂直载荷和8232 N侧向载荷时,得最大主应力平均值σ1m=35413 MPa,最大主应力幅值σ1a=63183MPa,最小主应力平均值σ2m=186164MPa,最小主应力幅值σ2a =86164MPa.将这些数据代入公式(2),可求当量应力幅值σra=77179MPa,当量应力平均值σ= 306198Mpa.5 结束语利用Pr o/E的强大建模功能建立了载重车辆轮胎三维模型,通过专用的模型数据接口技术将模型导入到ANSYS软件中进行有限元研究与分析,模拟了轮胎模型的受力特点并对轮胎的使用寿命预测进行了探讨,为进一步进行轮胎动态分析和结构优化设计制造奠定了理论基础.由于研究部分相关参数是参考典型规格的轮胎取得的,研究结论在实际应用过程中可能会有所偏差,应根据实际情况详加考虑.参考文献:[1] 崔慧萍,陈 丽.载重汽车轮胎的使用现状及今后的发展[J].橡胶科技市场,2006(22):4-5.[2] 王洪礼,任 炜,乔 宇.汽车轮胎动力学特性研究[J].机械强度,2004(3):345-348.[3] 李 科,傅洪芳.改进花纹设计轻型载重轮胎高速性能[J].轮胎工业,2001(3):131-134.[4] 恒盛杰资讯.Pr o/E NGI N EER中文野火版从入门到精通[M].北京:中国青年出版社,2007.[5] 张许红,赵 红,景世庭.7.50_1614PR混合花纹轻载轮胎的结构设计[J].轮胎工业,2005(4):206-208.[6] 吴小国,秦东晨.Pr o/E与ANSYS接口[J].现代制造技术与装备,2007(1):19-20.[7] 俞 淇,戴元坎,张 凯.静负荷下轮胎接地压力分布测试的研究[J].轮胎工业,1999,20(1):47-49.[8] 闫相桥.轮胎结构有限元分析应用于载重子午胎胎体反包高度的优选[J].复合材料学报,2001,15(4):4-9.(上接第53页)通过表2可知,有限元分析结果与试验分析能很好的对应,该有限元模型的建立具有一定的精度,有限元模型能很好的模拟白车身进行理论分析,模拟分析的结果能较为精确的反映白车身的结构特性.4 结 论白车身的一阶扭转频率值为2919Hz,一阶弯曲模态频率值为4615Hz,一般同类车一阶扭转频率值为25Hz左右,一阶弯曲频率为40Hz左右,因此可以认为该车具有较好的刚度性能,同时具有一定的优化设计空间.所建立的模态试验方法对同类车的开发具有实际价值和指导意义.参考文献:[1] 高云凯.汽车车身结构分析[M].北京:北京理工大学出版社,2006.[2] 蓝晓理.轿车车身的低阶模态分析[D].长春:吉林工业大学,2000.[3] 师汉民,谌 刚,吴 雅.机械振动系统[M].武汉:华中理工大学出版社,1992.[4] 刘生涛,杨凤鹏.精通Ansys[M].北京:清华大学出版社,2002.[5] 李 昊,陈 剑,赵旭东,等.商务车车身地板动态特性的试验研究[J].合肥工业大学学报,2004,27(11):1460-1463.[6] 刘焕广.轿车白车身结构有限元及其试验分析[J].合肥工业大学学报,2007,30(12):1615-1619. [7] 曹树谦,张文德,萧龙翔.振动结构模态分析[M].天津:天津大学出版社,2001.・26・。

摩托车用无内胎车轮轮辋滚形工艺研究

摩托车用无内胎车轮轮辋滚形工艺研究

摩托车用无内胎车轮轮辋滚形工艺研究发布时间:2022-12-19T07:46:28.691Z 来源:《科技新时代》2022年12期作者:李锐锋[导读] 本文就摩托车用无内胎车轮轮辋滚形工艺进行探究,最先针对传统无内胎车轮轮辋加工工艺进行阐述,之后针对有限元、车轮轮辋滚形能量以及一滚、二滚、三滚进行分析,并且根据分析的结果对轮辋滚形工艺中的影响因素情况进行分析,旨在提升摩托车用车轮轮辋滚形工艺的质量,提升车轮应用性。

中南铝车轮制造(佛山)有限公司 528139摘要:本文就摩托车用无内胎车轮轮辋滚形工艺进行探究,最先针对传统无内胎车轮轮辋加工工艺进行阐述,之后针对有限元、车轮轮辋滚形能量以及一滚、二滚、三滚进行分析,并且根据分析的结果对轮辋滚形工艺中的影响因素情况进行分析,旨在提升摩托车用车轮轮辋滚形工艺的质量,提升车轮应用性。

关键词:摩托车;无内胎车轮;轮辋滚形引言:摩托车轮是摩托车重要的组成部分,其能够对摩托车的行驶以及稳定性起到重要的影响作用。

现今的车轮已经实现了无内胎,因此摩托车无内胎车轮成为主要的摩托车轮类型,其轮辋滚形过程中的施工质量对于摩托车会造成重要的影响,因此需要加强对轮辋滚形工艺质量的探究以提升摩托车轮质量。

传统无内胎车轮轮辋加工工艺传统摩托车无内胎车轮轮辋采用钢带、铸铁、碳钢、不锈钢等多种材料制作,其中铸铁零件最常见,其主要优点是成本低、耐磨性好。

目前市场上的铸造和滚珠工具大多采用热压铸造工艺,通过高温将铸件进行热处理或加热后将表面形成约在1-2mm左右厚度的钢带或铸铁片直接送入滚珠机内进行成形加工。

在采用传统工艺生产的无内胎车轮轮辋产品中,铸件主要采用铸铁以及各种碳钢管等材料制作。

其模具一般均是由压力机进行冲孔、铣孔等加工,使用车床不能直接进行加工,必须经过专门的砂轮磨具才可以完成滚形工序。

常用的砂轮有普通砂轮和立式沙模等,普通砂轮由碳钢制成,应用最多的是立式沙模、锥形沙模和圆锥形砂轮子等[1]。

关于摩托车铝合金车轮扭转疲劳的有限元分析

关于摩托车铝合金车轮扭转疲劳的有限元分析

关于摩托车铝合金车轮扭转疲劳的有限元分析【摘要】本文通过使用建模仿真和计算机计算分析的方法,在针对于摩托车铝合金车轮进行有效建模的基础上,结合ANSYS有限元分析软件,进行铝合金材质的摩托车车轮扭转疲劳分析。

该种分析方法相对于传统的疲劳分析试验,可以更快捷有效的进行仿真模拟下的疲劳性能分析,在车轮金属材质特性已知的前提下,最大程度上模拟出可能的车轮受力分析,并基于车轮结构分析出最易损毁的部位和损毁需要达到的最低应力值。

同时,基于以上分析的数据结果,进行简单的扭转疲劳寿命预测和分析。

【关键词】摩托车铝合金车轮;扭转疲劳;有限元分析;建模试验引言随着社会经济的进步和科技的发展,车轮行业也在朝着新的发展趋势变革,传统的材质和工艺要求已经远不能符合摩托车行业的需求,车轮的发展趋势逐步的演变成以高性能和轻质量化为主,同时更加强调车轮的稳定性能、减震性能、散热性能和耐摩擦性能等多个方面。

这也就要求着车轮需要完成冲击、弯曲、径向、扭转等多个疲劳性能试验和测试,以保证更加优越的质量性能满足市场的需要。

但是,在实际操作的过程中,常常会因为很多细节处理不够而导致试验不能通过,进而不得不重新进入设计-制作-疲劳试验的过程中,在这一循环中甚至需要成百上千次的反复测试,才能够完全通过,而这带来了大量的时间和资源的浪费。

因此,找到一种合理有效的方法进行计算机的建模和模拟,为快速的发现细节缺陷和辅助实际设计提供帮助变得十分重要。

本文探讨的,就是针对于摩托车铝合金车轮的扭转疲劳设计进行基本建模和有限元分析实验。

1 扭转疲劳与有限元分析法概述1.1 疲劳破坏与扭转疲劳的基本概念一般来说,车轮的性能指标需要多个标准和实验进行全方位的分析和认证,本文所探讨的是针对于车轮的扭转疲劳性能方面,进行系统化的建模和针对性的有限元分析。

1.1.1 疲劳破坏任何材料都会发生疲劳破坏,所谓疲劳破坏就是指当材料受到不断地变化的力的作用的情况下,尽管力的大小没有达到该种材料所能承受的力的极限值,但是材料会在不断地受力的过程中,逐步的遭受到破坏,甚至最后彻底的崩溃。

车轮钢材料切削加工有限元仿真研究

车轮钢材料切削加工有限元仿真研究

车轮钢材料切削加工有限元仿真研究发布时间:2022-10-26T07:15:58.472Z 来源:《科技新时代》2022年11期作者:郭克波刘永杰徐彦斌都江炜[导读] 本文基于Deform-2D软件,建立了CL70车轮钢材料的切削加工有限元仿真模型,得到了切削力和已加工表面温度的仿真结果郭克波刘永杰徐彦斌都江炜中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东省青岛市266000摘要:本文基于Deform-2D软件,建立了CL70车轮钢材料的切削加工有限元仿真模型,得到了切削力和已加工表面温度的仿真结果。

设置不同的刀具前角和刃口圆角半径,分析其对切削过程的影响。

研究表明:增大刀具前角能够降切削力和已加工表面的最高温度,而增大刀具刃口圆角半径则会增大切削力和已加工表面的最高温度。

关键词:CL70车轮钢材料;切削加工;有限元仿真0 前言车轮是动车组、地铁转向架的关键零部件,车轮加工质量的好坏直接影响车轮的运行性能和使用寿命。

车削加工是车轮的主要加工方式,对车轮材料切削加工的研究具有重要的意义。

切削过程是一个非线性的热力耦合过程,常规的实验研究耗时耗力,且难以对瞬时温度场、应变场等进行研究,而有限元法能够较准确地预测应力应变等参数,成为研究切削过程常用的手段。

2018年侯锁霞等[1]基于Deform-3D软件研究了304不锈钢的切削温度,并得到了最佳的切削加工工艺参数。

2019年王永祯[2]对CL70车轮钢的切削加工进行仿真和实验研究,研究了不同切削参数对切削力和切削温度的影响。

2021年汪健明等[3]基于AdvantEdge软件分析了切削速度和进给速度对切削铝合金7075-T652的切削力和切削温度的影响。

2021年邓志博等[4]通过仿真研究了刀具前角对高温合金GH4169高速切削过程的切削力和切削温度的影响。

2022年赵世泽等[5]基于ABAQUS对AISI1045钢进行研究,分析了刀具前角对切削力和前刀面温度的影响。

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j o u r n a l o f m a t e r i a l s p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y 2 0 7 ( 2 0 0 8 ) 211–221
journal homepage: /locate/jmatprotec
Received 17 July 2007 Received in revised form 8 December 2007 Accepted 19 December 2007
Keywords: Steel Quenching Simulation Residual stress Phase transformation Finite element method
Quench hardening is a common process to produce steel components with reliable service properties such as high strength, hardness and wear resistance. Although it is a vital part of production based on steel, it is also one of the major causes of rejected components, production losses and the components that need to be reworked. Distortion, cracking, achievement of desired distribution of microstructure and residual stresses are considered to be the most important problems during quenching of steels, which render the prediction and control of the as-quenched state of the component into a vital process in order to achieve production goals. A number of studies have been conducted to simulate quenching. For the sake of brevity, only the studies that have
been directly used in the development of the current model have been cited in this paper. The reader is referred to Mackerle’s bibliographic work for an extensive literature review on the subject (Mackerle, 2003). Yu et al. (1978a,b) have made an extensive study on the generation of thermal stresses during quenching of steel cylinders of various diameters. Ericsson et al. (1982) predicted residual stresses caused by quenching of carburized steels. Fernandes et al. (1985) proposed a mathematical model for coupling of phase transformations with temperature field during quenching process by addition of an internal heat source term in the Fourier’s heat conduction equation. Denis et al. (1985) reviewed stress-phase transformation interactions and proposed some basic principles in calculation of internal stresses. Leblond, 1989; Leblond et al., 1989 reviewed mechano-metallurgical coupling by investigat-
Corresponding author. Tel.: +90 312 2105832; fax: +90 312 2102518. E-mail address: e106117@.tr (C. S ¸ ims ¸ ir). 0924-0136/$ – see front matter © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved. doi:10.1016/j.jmatprotec.2007.12.074
Department of Metallurgical and Materials Engineering, Middle East Technical University, Balgat, 06531, Ankara, Turkey
a r t i c l e
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i n f o
3D FEM simulation of steel quenching and investigation of the effect of asymmetric geometry on residual stress distribution
¨ Caner S ¸ ims ¸ ir ∗ , C. Hakan Gur

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j o u r n a l o f m a t e r i a l s p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y 2 0 7 ( 2 0 0 8 ) 211–221
ing the transformation plasticity and the main effects of stress on phase transformation behavior. Inoue and Arimoto (1997) simulated various heat treatment and manufacturing processes based on the metallo-thermo-mechanical theory. Gur and Tekkaya (1996, 2001) developed a finite element model for predicting the temperature and stress/strain field during quenching of axisymmetric steel components. Later, Gur (2002) also carried out an experimental study on the effect of specimen geometry on the distribution of residual stresses and microstructure for quenched and tempered plain carbon and low alloy steels. Finally, Simsir and Gur (2005) investigated the effect of specimen geometry on residual stress distribution and distortion during the quenching of eccentrically drilled cylinders without phase transformations. Current study is an extension of this study and the reader is referred to previous paper for results without phase transformation effects. Although there are many publications on simulation of quenching, most of the research on this field is focused on components having planar, axisymmetric or cyclic symmetric geometries such as disks, cylinders, shafts, gears, etc. Factors affecting residual stress state and distortion have been long discussed and the basic knowledge on rough prediction of those parameters without performing FE simulations is currently available for such geometries (Todinov, 1998). However, real engineering problem arises during the prediction of distortion and residual stress state after quenching of asymmetric 3D components. In this study, an efficient 3D FEM based model capable of predicting distortion, microstructure and stress distribution during quenching was developed. Proposed model was integrated into commercial finite element software Msc.Marc® via user subroutines. Verification of the model was performed by X-ray diffraction (XRD) residual stress measurements. In the experimental part, hollow C60 steel cylinders having eccentrically drilled holes are quenched from 830 ◦ C into water at 20 ◦ C. After the quenching processes, tangen-
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