车轮强度疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析一、概述CRH2动车组是中国铁路的一种高速动车组列车，它采用了直流传动、气动制动和通信信号一体化控制技术，具有较高的速度和安全性。
在CRH2动车组中，拖车车轮是承载列车重量和传递牵引力的重要组成部分。
车轮在运行中承受着巨大的压力和摩擦力，容易出现疲劳破损，影响列车的安全和运行效率。
对CRH2拖车车轮滚动接触疲劳进行分析和研究具有重要意义。
二、车轮滚动接触疲劳原理车轮滚动接触疲劳是指车轮在运行过程中，由于受到重复的载荷和挤压作用而产生的疲劳破坏现象。
当列车行驶时，车轮与钢轨之间的接触面承受了动态载荷，并伴随着滚动和滑动摩擦。
这种接触面的疲劳破坏会导致车轮的表面裂纹和断裂，从而影响列车的安全和稳定性。
三、车轮滚动接触疲劳分析方法1.数值模拟分析：利用有限元分析方法对车轮受力情况进行模拟计算，分析车轮在不同载荷和速度条件下的应力分布和疲劳寿命。
通过模拟分析，可以有效预测车轮的疲劳破坏情况，提前发现潜在问题。
2.实验测试分析：通过实验测试，采集车轮在运行过程中的振动、温度和位移等数据，对车轮的疲劳破坏进行监测和分析。
实验测试可以全面了解车轮的实际工作状态，为疲劳分析提供真实可靠的数据支持。
3.材料力学分析：对车轮材料的力学性能进行分析和测试，确定其硬度、强度、韧性等参数，评估车轮在滚动接触疲劳下的承载能力和疲劳寿命。
材料力学分析是车轮疲劳分析的基础和关键。
五、疲劳分析结论与建议通过CRH2拖车车轮滚动接触疲劳分析，可以得出结论：车轮在高速行驶和紧急制动等特殊工况下，容易产生应力集中和疲劳裂纹，存在一定的疲劳破坏风险。
在此基础上，提出以下建议：1.加强车辆维护保养，及时对车轮进行检查和更换，避免因车轮疲劳破损引发的安全事故。
2.优化车轮材料和工艺，提高车轮的抗疲劳性能和使用寿命，降低疲劳破坏风险。
3.优化列车运行参数和控制策略，减少车轮的应力集中和疲劳破坏，提高列车的安全和稳定性。
大轴重货车车轮热负荷下疲劳强度分析
关 键 词 车轮 ； 限 元 法 ；温度 场 ；辐 板 ； 劳 强 度 有 疲
中 图分 类 号 ：Ｕ２ ２ ７ 文 献标 志码 ：Ａ
铁路 运输 以其 运量 大 、 快速 、 全 、 安 低耗 能 及 环保 等
特 点 ， 成 为 世 界 当 今 和 未 来 主 要 发 展 的 运 输 模 式 。 随 已
矛盾 发挥 了重要 作 用 ， 得 了较好 的 经济 效 益 和社 会效 取 益 。为进 一步 提高 铁 路 运 能 ， 加 货 车 的承 载 能 力 ， 增 提
考虑 到车 轮结 构 和热 载 荷 的对 称 性 ， 车 轮 的 １ ２ 取 ／ 结 构 进行 分 析 ， 有 限元 模 型如 图 １所示 ， 由 ３ ６ 其 其 ７４ ６
况 ：
轴 重 货 车 车 轮 的 轮 径 拟 定 为 ９ ５ｍｍ ， 轮 材 料 为 １ 车
（ ） 线 运 行 坡 道 制 动 工 况 ： 直 动 载 荷 Ｐ ＋ 过 １直 垂
＊ 国家 科 技 支 撑 项 目（ 号 ： ０ ７ Ａ ５ ０ ） 中 央 高 校基 本科 研 项 目（ 编 ２ ０ Ｂ Ｇ０ Ｂ ６ ， 西交 校 ２ ０ — ） ０ ９ ７ 侯 耐 （９ ６ ）女 ． 南 商 丘人 ， 士 （ １８ 一 河 硕 收稿 日期 ：０ ０ ７ １ ） ２ １ 一ｏ — ５
列 车 的 安 全 运 行 。运 用 有 限元 分 析 软件 ＡＮ ＹＳ仿 真 分 析 长 大 坡 道 制 动 下 车 轮 的 温 度 场 ， 据 国 际 铁 路 联 盟 标 准 Ｓ 根 ＵＩ １ ２ ０ Ｃ ５ ０５ ０ ３确 定 计 算 载 荷 ， 算 了 ３ ． 轴 重 车 轮 在 计 算 载 荷 工 况 下 的 应 力 场 。将 多 轴 应 力 状 态 转 化 为 单 计 ２ ５ｔ
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析CRH2动车组是中国的一种高速列车，其拖车车的轮轴是车载设备中重要的组成部分，承载着整列车辆的重量和动力。
在使用过程中，轮轴会受到滚动接触疲劳的影响，可能导致轴承损坏，甚至造成列车出现故障。
进行CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析，对于保障列车的安全运行具有重要意义。
1. 车轮材料的选择：车轮材料的选择直接影响着其耐磨损性和疲劳性能，选择合适的车轮材料对于减少滚动接触疲劳的发生具有重要的意义。
2. 铁路线路状况：铁路线路的状况对列车拖车车轮的滚动接触疲劳也有一定的影响，线路平整度、曲线、轨面磨损等因素都可能影响车轮的疲劳情况。
3. 负荷和速度：列车的运行负荷和速度也是影响拖车车轮滚动接触疲劳的重要因素，高速运行和大负荷运输都会加大车轮的疲劳程度。
4. 轮轴安装及维护：轮轴的安装质量和维护情况也关系到车轮的滚动接触疲劳情况，定期的维护保养对于减少车轮的疲劳损伤具有重要意义。
1. 数值模拟分析：利用有限元分析等数值方法，对CRH2动车组拖车车轮的滚动接触疲劳进行模拟分析，得到车轮受力情况和疲劳寿命预测等数据。
2. 实车试验：通过实车试验，对CRH2动车组拖车车轮的滚动接触疲劳情况进行实际测量和分析，验证数值模拟的结果，并获取更真实的数据。
3. 车轮材料试验：对车轮材料进行试验，了解其耐磨性和疲劳性能，为选择合适的车轮材料提供依据。
1. 为列车轮轴的设计和制造提供依据，提高列车的运行安全性和可靠性。
2. 对于轮轴材料的选择和使用提供技术支持，延长轮轴的使用寿命，降低维护管理的成本。
3. 为铁路线路的维护和改造提供技术支持，提高铁路线路的平整度和曲线半径，降低列车的滚动接触疲劳。
4. 提高我国高速列车的研发和制造水平，增强国家的科技实力和自主创新能力。
在未来，随着科技的不断进步和我国高速列车的不断发展，CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析将会得到更加深入的研究和应用。
高铁车轮的疲劳寿命分析
高铁车轮的疲劳寿命分析高铁作为现代交通工具的重要组成部分，随着我国高速铁路建设的逐步推进，成为人们出行的重要选择。
作为高铁的核心部件，车轮的质量和寿命对于高铁行车安全和维护成本有着至关重要的影响。
因此，对于高铁车轮的疲劳寿命分析显得尤为重要。
一、车轮的结构特点高铁车轮是高速列车的重要部件，轴承着整车和行车负重，承受着不断变化的载荷。
车轮主要由轮缘、轮辋和轮轴组成。
其中，轮缘是车轮最外侧的环状部分，用于接触轨道。
轮辋与轮缘相连，起到支撑整车和分散负载的作用。
轮轴上安装着轮辋和轴承，负责传递力量和维持车轮的正常运转。
二、车轮的疲劳寿命疲劳断裂是车轮最常见的失效模式，疲劳寿命是车轮的关键指标之一。
车轮的疲劳寿命受到多种因素的影响，包括外部环境、负载情况、材料和制造工艺等。
其中，外部环境和负载情况是决定车轮疲劳寿命的主要因素。
外部环境：车轮在进入高速铁路之前需要经过轮型修整等准备工作，以确保其符合相关技术标准。
此外，车轮在行车过程中不断受到外部环境的影响，如高温、低温、高海拔、雨雪等，这些因素都会对车轮产生影响，降低车轮的寿命。
负载情况：高铁车轮受到的载荷包括垂直负载和侧向负载等多种类型。
其中，垂直负载是车轮承载的最大负载，也是疲劳寿命的主要影响因素。
侧向负载则会对车轮产生较大的应力，降低车轮的寿命。
三、车轮疲劳寿命分析方法车轮疲劳寿命的分析需要结合多种方法和技术手段，以下是常用的几种方法：1. 应力分析法通过对车轮内部应力分析，计算出车轮在不同负载情况下的应力及其分布规律，从而预测车轮的疲劳寿命。
2. 实验测试法通过实验测试，测量车轮在不同负载和环境下的应力响应、位移变化等参数，揭示车轮的失效模式和寿命。
3. 数值模拟法通过建立车轮的有限元模型，仿真车轮在不同负载和环境下的应力响应、变形等参数，并通过数值分析预测车轮的寿命。
四、车轮寿命延长措施为了延长车轮的寿命，可以采取以下措施：1. 加强轮型修整车轮进入高速铁路之前需要经过轮型修整等准备工作，加强轮型修整，排除车轮内部缺陷，能够有效提高车轮的寿命。
弹性车轮非线性有限元分析及疲劳强度校核
箍 向下运 动 ， 直至 压环 上表 面 与轮箍 上表 面平 齐 ， 最
后用 紧固连 接件 进行 连接 。
， ＝ （ ｔ ｒ （ Ｂ ） 一 ｔ ｒ （ Ｂ ） ） ＝ Ａ Ａ ｉ ＋ Ａ Ａ ； ＋ Ａ Ａ ； ；
可压 缩 、 碳 黑填 充天 然橡 胶 材 料 ， ， ２ 、 ， 关 联性 较 小 ，
（ １ ） 式 可改 写为 ： （ ， ）： Ｃ ０ （ ， １ — ３ ）＋ Ｃ ２ ０ （ ， 一３ ） ＋Ｃ 如（ ， 一 ３ ）
（ ２）
作者简介 ： 黄 彪（ １ ９ ８ ４一） ， 男， 硕士研究生学历 ， 工程师 ， 从 事 制 动 盘 技术工作 。
摘 要 ： 采用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ软 件 建 立橡 胶 的 ｍ ｏ ｏ ｎ ｅ ｙ—ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ本 构 模 型 以及 整 个 弹性 车轮 的有 限元模 型 ， 对 弹性 车轮 在 运 营过程 各 工况 下的应 力 情况和 疲 劳强度 进行 分析 、 校 核， 结果表 明 ， 各 部件 在 运 营组合 工况 下危 险界 面 点均 落在 Ｇ ｏ ｏ ｄ ｍａ ｎ曲线 内， 且裕 量
（ ， ， ， ２ ， １ ３ ）： Ｃ ， （ ， 一 ３ ） ＋（ ， 一 ３ ） （ １ ）
１ 弹 性 车 轮 结 构
图 １所示 为常 州南 车铁 马科 技实 业 有限公 司 最 新研 发 的采用 块状 橡 胶 的 弹性 车 轮 结 构 分解 图 ， 其 主要 部件 包括 轮 箍 、 轮心 、 压环 、 橡 胶 块 以及 紧 固 连
＋（ ， ． 一 ３ ）
．
式中， Ｃ 为 Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ系数 ， ， 。 ， ， 分别为第 １ 、 第 ２ 、 第３ Ｇ ｒ ｅ ｅ ｎ应变 不变 量 ， 表达 式如 下 ：
高速动车组拖车车轮疲劳强度的分析评定
８ ９ ０ ｉ ｉ ｌ ｒ ｎ ， 车轮设计和制造执行标准Ｅ ＮＩ ３ ２ ６ ２ 和Ｕ Ｉ Ｃ ８ １ ２ — ２ ，
体 大小 见表 １ 所示 。
图２ 车 轮 受力 计 算 示 意 图
表１ 有限元计算涉及的工况及载荷
第 ２期
梁 红 琴 ，赵 永 翔 ，杨 冰 ， 马卫 华 ： 高速 动 车组 拖 车 车 轮疲 劳 强 度 的 分 析 评定
了静强度 和疲劳强度 校核 。 文献 ［ １ ２ 】 以提高车轴 的疲 劳 强度 为 目标 ， 从 车轴 选 材 、 热 处 理工 艺 等 技术 措 施方
面进行 了研究 。
’
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计算 中采用 的高速 动车组拖 车车轮是 在 ２ ０ ０ ７ 年 我 国铁路 第 六次 大提 速 之际 推 出的产 品 ， 最高运 行 速度 为２ ５ ０ ｋ ｍ／ ｈ 。 主要 应用在北京一 哈尔滨 ， 北 京一 武汉等
则不 满 足要 求 。 对 该拖 车 车 轮 而言 ， 其辐 板 部 位经 过 机加 工 ， 所 以在进 行强度 校核时 ， 许用 动应力 范围应为 ３ ６ ０ ＭＰ ａ 。
２ ｆ ｉ Ｎ １ ３ ９ ７ ９ － １ —２ ０ ０ ３强度校核方法
② 未 经 机 加 工 辐 板 的 车 轮 ，许 用 动 应 力 范 围 为
２ ９ ０Ｍ Ｐ ａ 。
在轴颈 位置施加 约束 ， 载荷 按 照图 ２ 所 示位置 以集 中力 的方 式施 加在 相应 的面上 ；通 过接触 单元 实 常数
设 置 过盈 量 。
车轮疲劳试验
车轮疲劳试验简介车轮疲劳试验是一种通过模拟车辆长时间运行状态下的负载情况，评估车轮在使用过程中的耐久性能和寿命的试验方法。
通过该试验可以确定车轮的安全性和可靠性，为车辆设计和制造提供重要参考依据。
试验目的车轮是汽车重要的组成部分之一，其承受着来自路面、悬挂系统等多方面的力量。
长时间运行后，车轮可能出现疲劳裂纹、变形等问题，严重影响行驶安全。
因此，进行车轮疲劳试验旨在评估和验证车轮在长时间使用中的耐久性能和寿命。
试验流程1.准备工作：确定试验样品、选择适当的试验设备和仪器。
2.载荷设定：根据实际使用情况、道路条件等因素，确定合适的载荷大小和类型。
3.车速设定：根据实际使用情况、道路条件等因素，确定合适的车速范围。
4.试验开始：将样品安装到试验设备上，并设置载荷和车速参数。
5.试验监测：使用传感器和监测设备对试验过程中的载荷、变形、温度等进行实时监测和记录。
6.试验终止：根据实际需求，确定试验的终止条件，如达到一定的试验时间或者出现破坏等情况。
7.结果分析：对试验结果进行数据处理和分析，评估车轮的耐久性能和寿命。
试验参数1.载荷：根据实际使用情况和设计要求，确定合适的载荷大小。
常用的载荷类型包括静态载荷、动态载荷和复合载荷等。
2.车速：根据实际使用情况和设计要求，确定合适的车速范围。
常用的车速范围为0-120公里/小时。
3.试验时间：根据实际需求确定试验时间，通常为数小时至数十小时不等。
试验设备1.车轮疲劳试验机：用于模拟车辆在长时间运行状态下对车轮施加各种负载，并记录相关数据。
常见的设备有旋转式疲劳试验机、振动式疲劳试验机等。
2.数据采集系统：用于实时监测和记录试验过程中的载荷、变形、温度等数据。
常见的设备有传感器、数据采集卡等。
试验结果分析1.车轮疲劳寿命：根据试验结果，通过统计分析和可靠性评估等方法，确定车轮的疲劳寿命。
2.车轮变形：通过试验结果中的变形数据，评估车轮在长时间使用中可能出现的变形情况。
上海地铁车辆统型车轮疲劳强度分析
欧 洲 Ｂ Ｎ ３７ ． ： Ｓ Ｅ １９ ９ １ ２０ ０ ３＋Ａ ：０ ９Ｂ 的 要 １２ ０ Ｊ Ｌ
求计 算 ． 轮 断 面 内 载 车 荷作 用位 置 根据 Ｂ Ｎ ＳＥ
车轮 的有 限元模 型 ， 据 国际铁 路联 盟 的 ＵＣ标 准 以及 欧洲 的 Ｅ 依 Ｉ Ｎ标 准模 拟 车轮在 直线 、 曲线和 道 岔 等 工况 下的应 力 ； 分析 车轮 疲 劳强度 的计 算方 法 ， 并依据 Ｈａ ｈ图评 估 分析 这 ２种 车轮 的 疲 劳强 ｉ ｇ 度 ． 果表 明 ， 车轮 均具 有 良好 的静 强度 和 疲 劳 强度 性 能 ， 能 满足 规 范 的要 求 ． 中 ， 型 车 结 ２种 都 其 统
作者简介 ：黄云娇 （ ９５ ） 男 ， 东泰安人 ， 士研 究生， 究方向为车辆 强度 分析 ， Ｅｍａｌｈ ａｇｕｊ ｏ２ ＠１ ３ ｃｍ； １８ 一 ， 山 硕 研 （ － ｉ ｕｎｙ ｎｉ ５ １ ６ ．ｏ ） ａ 周劲松（ ９ ９ ） 男， １６ 一 ， 四川涪陵人 ， 副教授 ， 士 ， 究方向为车辆 动力学和强度 分析 ， Ｅｍａｌｚｏｊ ｓｎ ＠２ ３ ｎｔ 博 研 （ － ｉ）ｈｕｉ ｏｇ ６ ．ｅ ｎ
轮 在 曲线 、 岔 等工 况 下的静 强度性 能优 于 １ 号 线 的车轮 ， 疲 劳强度 不及 １ 线车轮 ． 道 １ 但 １号 关 键词 ：地铁 车辆 ； 型 车轮 ；疲 劳强度 ；有 限元 法 统
中图分 类号 ： ２ ０ ３ １ Ｔ １ ５ ２ Ｕ ６ ． ３ ； Ｂ １ ． 文献 标志 码 ： Ａ
改变 ， 轮上 各点 应力 也会 呈现 交 变状态 ．４ 车 ＿
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳是指车轮在使用过程中由于长时间的滚动接触而引起的疲劳损伤现象。
这种疲劳损伤通常是由于轮轴和轮对之间的接触应力超过了材料的疲
劳极限而引起的。
在CRH2动车组中，拖车车轮承受着高速运行的重载和频繁的弯曲应力。
这种应力会导致车轮轮辋和轮轴轮座表面的微裂纹逐渐扩展并聚集，在滚动接触的过程中形成裂纹扩展
区域。
当裂纹扩展到一定程度，车轮轮辋或轮轴轮座会发生疲劳断裂，从而导致严重的事
故发生。
第一步，对车轮进行力学模拟。
通过测量车轮在高速运行时的受力情况，可以获得车
轮受到的载荷大小和作用点位置。
根据这些数据，可以使用有限元分析方法建立车轮的模型，模拟车轮在运行过程中受到的应力和应变分布。
第三步，评估车轮疲劳寿命。
根据车轮材料的疲劳性能数据，可以计算出车轮在给定
应力下的疲劳强度，并确定其疲劳寿命。
通过对滚动接触过程中不同位置的疲劳寿命进行
评估，可以分析车轮在不同位置的疲劳损伤程度。
第四步，制定预防措施。
根据疲劳分析结果，可以确定车轮疲劳损伤的主要原因和影
响因素。
通过优化车轮设计、改进车轴轮座的材料和制造工艺、控制车轮使用寿命等措施，可以减少或延长车轮的疲劳寿命，提高车轮的安全性能。
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析是一项重要的工程技术研究，对确保车轮的安全性能具有重要意义。
通过对车轮受力、应力分布和疲劳寿命进行综合分析，可以为车轮
的设计和维护提供科学依据，减少事故的发生，保障列车运营的安全性。
铝合金车轮的有限元强度分析及试验验证
铝合金车轮的有限元强度分析及试验验证汽车铝合金车轮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。
为提高产品的安全可靠性，对车轮有限元强度进行分析是十分必要的。
车轮疲劳仿真分析一般分为两个步骤：首先是用ANSYS有限元分析计算出轮毂的弯曲和径向应力；然后,再用ANSYS疲劳分析直接读入这些动态应力的计算结果并进行疲劳分析。
工作中构件的复杂结构、复杂动载荷对有限元分析有着显著的影响，而ANSYS疲劳分析充分考虑了结构形状、载荷形式的影响及其相应的疲劳分析计算方法[1]。
1 铝合金车轮ANSYS有限元分析在使用ANSYS对车轮进行有限元分析时，需要前处理、计算和后处理三大步骤。
前处理是根据计算目的，将连续的实际结构简化为理想的数学模型，用离散化的网格单元代替，并最终形成计算数据文件，其中包括：（1）在ANSYS中导入车轮的Unigraphics实体模型。
（2）车轮有限元模型的建立。
（3）附加属性的确定，包括材料特性参数、边界条件或约束信息载荷等。
以上操作均在ANSYS前处理模块中完成，然后将进入ANSYS求解模块进行计算分析，形成结果文件。
在计算完成以后，继续使用ANSYS对计算结果进行后处理，形成应力图、应变图等，可以准确清晰的看到车轮的应力、应变分布情况，确定最大应力区域（即最危险区域）和最大变形区域[2]。
1.1 铝合金车轮材料特性输入铝合金车轮材料为A356，经过T6热处理。
因此在ANSYS中输入材料属性(Material Property)时，选择为各向同性(Isotropic)，并且是线弹性的(Linear Elastic)，需要输入的参数为：弹性模量E：7.1×1010 N/mm2；密度ρ：2.7×10-3 g/mm3；泊松比：0.33；1.2 弯曲疲劳分析（1）网格划分及边界条件：由于车轮是形状极不规则的实体，因此选用对边界拟合能力较强的Solid92 10 node单元对车轮进行有限元网格划分。
某轨道车辆车轮疲劳强度分析
2.1加载与约束车轴模型的两端施加径向和周向约束，一端施加轴向有限元模型与约束施加位置见图3。
2.2计算工况依据EN13979-1:2003《铁路应用-轮对和转向架-技术认证程序第1部分：锻造和轧制车轮》和OR 《整体车轮的技术认证-标准EN13979-1第的应用文件》中所给的载荷组合和载荷施加点进行强度计载荷计算与工况选取如下：P=mtot×g/2=73575N 每个轮对作用于轨道的垂向力工况1（车辆直线运行）：=1.25×P =91968.75N 轮轨垂向力———————————————————————基金项目:国家重点研发计划项目（2018YFE0201400）。
作者简介:王宗正（1989-），男，山东临朐人，工程师，研究方向为疲劳耐久性。
图1某车轮与轮对三维模型图2车轮踏面的载荷施加点1057038F z3F z1F y2F z2F y3σ11方向的循环σ12方向的循环方向的循环σ22方向的循环σ33方向的循环σ11max σ21max σ22max σ33max σ11minσ21minσ22minσ33minσ11max +σ11min2σ12max σ21max +σ21minσ22max +σ22minσ33max +σ33minσ11max -σ11min2σ12max 车轮应力循环轮轨横向力（车辆曲线运行）：=1.25×P=91968.75N 轮轨垂向力=0.7×P=51502.5N 轮轨横向力（车辆过道岔）：=1.25×P=91968.75N 轮轨垂向力=0.42×P=30901.5N 轮轨横向力ω=2*1000000*Vmax/d/3600=6.14rad/s 直径d=840mm为了重现车轮疲劳循环，按图4所示，将不同的载荷评定方法最大主应力投影准则首先根据计算结果选出三种工况中给定节点的最大（主应力编号i=1，2，3）值，作为σimax ，计算出σ最小应力的计算：其中i=1，2，3，对应不同的工况。
CRH3型动车组车轮的疲劳寿命分析
第１ ２期
李树林 等 ：Ｒ Ｃ Ｈ３型动车组 车轮 的疲 劳寿命分析
２９ ２
３车轮载荷工况
依 据 Ｕ Ｃ５０ ５ 准对 Ｃ Ｈ３型车轮进行疲劳强度分析 ， Ｉ １— 标 Ｒ
２６ Ｐ ； Ｏ Ｇ ａ泊松 比 ｖ Ｏ ９ 密度 ｐ ７８ １ ｇ 定 义其 为各 向同性 ＝． ； ２ ＝ ．ｘ０ｋ／ ； ｍ
》ｃｒ ｎ ｎｎ ｏ ｏｔ ｎ ｎ． ｕ ｉｓａ ａｌｉ ｒ ｉ ｌ ｐｒ ｏ ｏ ｈ ｔｉ ｆ ｕｔｍ ｉｅａ ｅ ｍ ｔ ｉｕｉ ｈｓｔ ｌ ｂ ｐａｔａｓ ｏｅ ｉ ｔ ａ ． ｉ ａｔ ｃｏ ｙ ｆ ｒ ａ ｔ ｉ ｕ ｅｎ ｃｃ ｒ Ｔ ｖ ｔ ｆ ａ ｎ ｅｒｎ
ｉｓｍ ｄ ｏｄ ｏｗ ｅｌｔ ｎｔ ａａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｄ ａｅ ＵＣ １－ ａｄｒ， ｄ ｈ ａ ａｏ ｆ ￣ ｉ ｅ《 ｕ ｅ ｌ ｆ ｈｅｓｅｇ ｎ ｌ ｉｉｄｔ ｍｎ ｄ Ｉ５ ０５ ｔ ａ ａ ｔ ｅ ｌｔ ｎｏ ｇ ａ ｒ ｒ ｈ ｙ ｓ ｓ ｅ ｅｂ ｓ ｓ ｎ ｄｎ ｅｖ ｕｉ ｒ ｕ ；ｓ ｅｇｈｏ ｈ ｈｅ ｏ Ｒ ｔｒｒｉ ｎｔｓｃ ｒ ｄｏｔ ｉ ｅｐｏ ｉ ｉ ｌｍ ｒ ｔｉ ｓｅｇｈ ｛ ｔ ｎ ｅｗ ｅｌ Ｃ Ｈ３ｍ ｏ ａｎｕｉｉ ａ ｉ ｕ ｔ ｅ Ｚ ｆｆ ｔ ｅｅ ｉ ｓ ｔ ｔ ｎｔ ｒ ｔ ｆｔ ｆ ｏ ｔ ｒ ｅ ｗ ｈ￡ ｎｅ ｅ ｔ ａｃ ｒ ｌａａ ｓ ，ｈ ｈｒ ｕ ｓ ｈｗｔ ｔｈ ｈｅ ｓｅｇ ＠ ｔ ｑｉ ｍ ｎ ｎ ｅ ｍ ｃａｉ ａ ｎｉ ２ ｎｌ ｉｗ ｉ ｓｌ ｏ ａ ｔ ｗ ｅｌｔ ｎｔ ｓ ｙ ｓ ｃ ｅ ｔｓ ｈ ｅ ｒ ｈ ａ ｈ ｒ ｕ ｅ ｅ ｔｕｄｒ ｅｈ ｃ ｌ ｃ ｄ ｔ ｅｅ ｒ ｓ ｎ ａｏ ｏ － ｌ ｄ
轮毂强度、刚度仿真分析方法
轮毂强度、刚度仿真分析方法1.概述1.1轮毂铝合金车轮是汽车上的重要部件,它承受着车身重力、驱动力、制动力以及汽车转弯时的横向载荷。
在汽车的行驶过程中,特别是在高速公路上行驶时,如果车轮裂开会造成严重的交通事故。
需要对车轮的强度进行分析以确保其具有足够的强度以满足车辆行驶的安全要求。
在铝合金车轮产品的设计开发中,新产品通常要进行标准的强度实验,包括冲击实验、弯曲疲劳实验和径向滚动疲劳实验,只有达到一系列强度实验的指标要求才能进行产品的批量生产。
1.2使用软件说明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计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如NASTRAN, I－DEAS, AutoCAD等。
是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。
目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
ANSYS Mechanical是利用ANSYS的求解器进行结构和热分析的。
其可进行结构、动态特性、热传递、磁场及形状优化的有限元分析。
1.3相关力学理论刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。
是材料或结构弹性变形难易程度的表征。
材料的刚度通常用弹性模量E来衡量。
在宏观弹性范围内，刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。
它的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。
刚度可分为静刚度和动刚度。
刚度是使物体产生单位变形所需的外力值。
刚度与物体的材料性质、几何形状、边界支持情况以及外力作用形式有关。
汽车轮毂试验的三个标准和分析过程
汽车轮毂试验的三个标准和分析过程一有关汽车轮毂的三个试验标准根据国内和国际标准化组织(ISO) 的规定，汽车轮毂必须满足三个典型试验的要求。
有关的国内标准与ISO 的标准是一致的，国外不同国家的标准可能不完全一样，但是基本方面还是一致的，只是具体载荷大小有所差别。
在国内，这三个试验对应的标准分别是：1. 车轮动态弯曲疲劳和径向疲劳试验方法- QCT221其中包含了动态弯曲和径向载荷两个疲劳试验标准。
2. 车轮冲击试验方法- GBT15704其中包含了轮毂冲击试验的标准。
下面简单介绍这三个试验标准。
标准1：汽车轻合金车轮的性能要求和试验方法QC/T221—1997前言本标准是根据1995 年标准制修订计划安排组织制定的。
本标准在制订过程中，参照采用了美国SFI、日本JASO 等有关标准。
本标准由机械工业部汽车工业司提出。
本标准由全国汽车标准化技术委员会归口。
本标准由广东南海中南铝合金轮毂有限公司负责起草、立中车轮制造有限公司参加起草。
本标准主要起草人：雷铭君。
1 范围本标准规定了汽车轻合金车轮的动态弯曲疲劳性能、动态径向疲劳性能要求及试验方法。
本标准适用于全部或部分轻合金制造的汽车车轮。
2 试验项目2.1 动态弯曲疲劳试验；2.2 动态径向疲劳试验。
3 试验样品弯曲疲劳和径向疲劳试验用的车轮应是未经试验或未使用过的新成品车轮，每个车轮只能做一次试验。
4 动态弯曲疲劳试验4.1 试验设备试验台应有一个旋转装置，车轮可在一固定不变的弯矩作用下旋转，或是车轮静止不动，而承受一个旋转弯曲力矩作用（见图1）4.2 试验程序4.2.1 准备工作根据车轮在车辆上安装的实际情况，按规定的扭矩最低值的115%，将车轮紧固在试验装置的支承面上，螺母不允许加润滑剂。
调整车轮位置后，将轮辋的轮缘夹紧到试验夹具上。
试验的连接件和车轮的配合面应去除多余的堆聚物、灰尘或杂质。
车轮的螺栓和螺母在试验过程中可再次紧固。
加载系统应保持规定的载荷，误差不超过±2.5%。
基于ANSYS的汽车轮毂的强度分析和轻量化分析
基于ANSYS的汽车轮毂的强度分析和轻量化分析1. 概论轮毂是汽车轮胎内用于支撑轮胎和固定轮胎内缘的圆柱形金属部件，与轮胎一起受到汽车载荷的作用。
汽车在运动过程中，车轮与地面接触的相互作用力，以及使汽车运动的力矩都是通过轮毂来实现的。
因此轮毂的强度大小是汽车稳定、可靠运行的重要因素，需要借助有限元软件对轮毂进行强度和刚度分析。
同时在研究轮毂轻量化设计时，也需要考虑到轮毂的刚度，适当地降低轮毂的变形量，以确保其轮辋圆度，确保汽车行驶的稳定性和可靠性，提高其安全系数。
本文针对某工厂生产的钢制轮毂进行研究，利用ANSYS 软件对其进行强度分析和结构优化设计，最终实现轻量化设计。
本文分析软件采用ansys Workbench，优化部分采用Workbench中自带的优化模块DesignExploration。
自ANSYS 7.0开始，ANSYS公司推出了ANSYS经典版（Mechanical APDL）和ANSYS Workbench版两个版本，并且目前均已开发至18版本。
Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境，解决企业产品研发过程中CAE软件的异构问题。
ANSYS公司长期以来为用户提供成熟的CAE产品，现在决定把自己的CAE产品拆散形成组件。
公司不只提供整合的、成熟的软件，而且提供软件的组件（API）。
用户可以根据本企业产品研发流程将这些拆散的技术重新组合，并集成为具有自主知识产权的技术，形成既能够充分满足自身的分析需求，又充分融入产品研发流程的仿真体系。
Workbench则是专门为重新组合这些组件而设计的专用平台。
它提供了一个加载和管理API的基本框架。
在此框架中，各组件（API）通过Jscript、VBscript和HTML脚本语言组织，并编制适合自己的使用界面（GUI）。
另外，第三方CAE技术和用户具有自主知识产权的技术也可以像ANSYS的技术一样编制成API溶入这个程序中。
2. 有限元模型建立首先在ansys workbench的前处理软件中导入已经建好的轮毂几何模型，在前处理软件中除去了部分细小倒角和孔特征，不影响整体的有限元分析。
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析
CRH2动车组是中国自主研发的一种高速动车组，拥有很高的速度和稳定性，为中国高铁的发展做出了重要贡献。
然而，由于高速运行过程中车轮与铁轨之间的接触不断地摩擦、振动和磨损，会导致车轮的疲劳损伤，影响列车的安全性和正常运行。
因此，对CRH2动车组的车轮滚动接触疲劳进行分析和研究是十分必要的。
首先，车轮疲劳分析的目的是评估车轮寿命，预测可能出现的裂纹、龟裂等缺陷，提
前采取措施防止事故的发生。
车轮的疲劳寿命取决于多种因素，如运行速度、载荷、路况、设计和制造质量等。
因此，车轮滚动接触疲劳分析需要综合考虑各种因素，建立数学模型
进行仿真分析。
其次，车轮滚动接触疲劳分析中最重要的是轮对应力和应变分析。
车轮承受驱动力和
制动力时会产生应力和应变，这些力和应力会影响车轮的疲劳寿命。
因此，通过计算轮对
应力和应变，评估车轮的安全性和寿命是关键。
最后，为了确保车轮的安全性和寿命，需要对车辆进行定期的检修和维护。
检修和维
护应包括车轮的全面检查、修理和更换，以及检查和维护车轮的相关部件。
此外，还需要
定期对车轮进行疲劳试验和检验，以确定车轮的疲劳损伤情况，及时采取措施进行维护。
总之，车轮滚动接触疲劳分析是保障CRH2动车组运行安全和延长车轮寿命的关键。
随着技术的不断进步和改良，我们相信CRH2动车组将继续保持高速、安全、稳定的优势，在中国高铁事业的发展中发挥重要作用。
单轴和多轴疲劳准则下的车轮疲劳强度分析
爿÷ 收 稿 日期 ：２２０８７０２）；辽宁省高等学校优秀人才支持计划 （ＬＪＱ２０１３０５２） 作者简介 ：王悦东 （１９７７一），男 ，副教授 ，博士 ，主要从 事车辆结构分析与现代设计方法 的研究
Ｅ·ｍａｌｌ：ｗｙｄｓｔａｒ＠ １６３．ｅｏｍ．
４８
大 连 交 通 大 学 学 报
第 ３７卷
向应 力状 态转 换 为单 向应力 状态 ． 首 先 确定 车 轮 在 不 同载 荷 工 况 作 用 下 的 主
应 力值 和 方 向 ，将 所 有 载 荷 工 况 作 用 下 的 最 大 主 应 力方 向确 定 为 基 本 应 力 分 布 方 向 ，其 值 为 计算最大主应力 ，计算其 与结构基准 （节 点位置 与车 轮 轴 线 组 成 的 平 面 ）的 夹 角 ，如 图 １（ａ）所 示 ；将 在 其 它 载 荷 工 况 作 用 下 的 主 应 力 投 影 到 最 大 主应 力 方 向 上 ，其 投 影 值 最 小 的应 力 值 确 定 为 最 小 主 应 力 ，如 图 １（ｂ）所 示 ．由该 位 置 的 最 大 和 最 小 主 应 力 值 计 算 平 均 应 力 和 应 力 幅 ， 如 下 式 所示 ．然 后用 Ｈａｉｇｈ形 式 的 Ｇｏｏｄｍａｎ疲 劳 曲线 评 定 车 轮 的疲 劳强 度 ．
车轮踏面疲劳强度计算
车轮踏面疲劳强度计算
1.确定载荷谱：根据车辆运行情况和轮胎设计需求，确定车轮踏面在
使用过程中所受到的载荷谱。
载荷谱包括垂向载荷、侧向载荷和制动力等，这些载荷会直接影响车轮踏面的疲劳强度。
2.确定应力集中位置：根据轮胎结构和载荷作用位置等因素，确定车
轮踏面上可能出现的应力集中位置。
应力集中位置是指车轮踏面上的一些
位置，其应力值较其他位置更大，容易导致疲劳开裂。
3.应力分析：对于确定的应力集中位置，进行应力分析计算。
应力分
析可以根据轮胎结构和载荷作用等因素，计算出该位置处的应力大小和分
布情况。
4.疲劳寿命预测：根据应力分析结果，预测车轮踏面在循环载荷下的
疲劳寿命。
疲劳寿命是指车轮踏面在循环载荷下能够使用的次数或时间。
5.疲劳强度评估：根据疲劳寿命预测结果，评估车轮踏面的疲劳强度。
疲劳强度常用疲劳裂纹起始寿命指标来表示，这是指车轮踏面在承受循环
载荷后产生裂纹的寿命。
需要注意的是，车轮踏面疲劳强度计算仅是对车轮踏面进行疲劳强度
评估的一种方法，实际的车轮踏面寿命还受到多种因素的影响，如路面状况、使用环境等。
因此，在进行疲劳强度计算时，也需要综合考虑其他因素，以提高计算的准确性和可靠性。
总之，车轮踏面疲劳强度计算是车轮踏面设计和使用的重要工作，在
车辆制造和运营中具有重要意义。
通过合理的计算和评估，可以预测车轮
踏面的寿命，并为轮胎设计和使用提供科学依据。
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车轮强度疲劳分析
作者：长安汽车股份有限公司闫立志袁登木高晓庆陈启亮
摘要：汽车车轮主要承受循环载荷，借助MD.Nastran 及MSC.Fatigue 模拟车轮在循环对称载荷作用下的强度和疲劳，可以有效地指导车轮的设计。
关键词：车轮；强度；疲劳；MD.Nastran；MSC.Fatigue
1 引言
汽车车轮的功用是支持全车的重量，承受驱动力、制动力、以及地面对车轮的各种力，并通过轮胎与地面的接触而实现汽车的运动。
因此车轮的强度疲劳对于整车的正常使用有非常重要的作用，而实际使用中，车轮主要承受径向载荷，也是车轮破坏的主要载荷形式，因此本论文针对车轮在滚动过程中承受径向载荷作用下，车轮强度疲劳分析并进行结构优化。
2 基于Nastran 的汽车车轮循环对称响应分析（SOL109）
本文以某项目开发为例，利用MSC.Nastran 分析车轮，并对危险部位通风孔进行结构改进及优化，得到较优方案，为设计提供参考意见。
2.1 模型文件
本文主要对比不同车轮通风孔结构及位置对车轮强度疲劳的影响，如下是某款车型的车轮结构示意图。
图1 车轮结构
方案一为初始设计方案，通风孔直径为Φ 30mm;
方案二为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm；
方案三为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm，同时将通风孔直径扩大到Φ 34mm；
2.2 边界条件与分析方法
本次分析中，约束车轮底面，在距车轮底面中心1.0m 处沿Y 和Z 方向分别施加两个大小相等的载荷。
图2 车轮有限元分析模型
为了模拟车轮的旋转，本次分析采用SOL109 进行分析，考虑通过对Y 和Z 方向两个大小相等的载荷分别乘以两条正弦和余弦曲线的方式来实现力的旋转。
2.3 分析结果
本次分析的载荷为每隔9 度输出一个结果，一共产生41 个结果，在后处理软件中将这41个结果进行取大值处理后，输出如图3 所示的应力分布图：
图3 车轮分析结果（从左开始依次为方案一、方案二、方案三）
方案一、方案二、方案三在相同的应力梯度下的应力分布可以看出，方案三的效果最好，同时从最大应力数值上也可以得到同样的结论，如下表1 所示。
表1 计算应力结果
3 基于fatigue 的汽车车轮疲劳分析
在静力响应结果的基础上对车轮进行疲劳分析，进一步验证方案的效果。
如图4 所示为2万次循环载荷作用下的疲劳结果，由于是同一零件，同一种材料，所以和应力结果的分布是一致的，如下图所示：
图4 车轮疲劳分析结果（从左开始依次为方案一、方案二、方案三）
但与应力结果相比，从通风孔周围的损伤值来看，其值的梯度更加明显，如表2 所示：
表2 计算损伤结果
4 结论
1、通过采用MD NASTRAN 循环对称响应分析（SOL109）,可以对循环对称载荷作用下的零部件进行强度和刚度分析。
2、利用循环对称响应分析结果，导入MSC FATIGUE，可以得到规定循环次数下的损伤值，这样更利于对结果的判断和方案的选择。
参考文献
[1] 新编MD Nastran 有限元实例教程机械工业出版社，2008.(end)。