铝合金车轮径向疲劳试验的数值仿真_韦东来

铝合金车轮径向疲劳试验的数值仿真

NUMERICAL SIMULATION FOR RADIAL FATIGUE TEST OF

AN ALUMINUM ALLOY WHEEL

韦东来 崔振山

(上海交通大学国家模具C AD 工程研究中心,上海200030)

WEI DongLai CUI ZhenShan

(National Mold &Die CA D Enginee ring Researc h Center ,Shanghai Jiaotong Univ ersity ,Shanghai 200030,China )

摘要　将动态接触转化成节点可相对移动的缓冲过渡层,提出径向疲劳模型中轮胎与轮辋接触问题的解决方法。过渡层通过共用节点的方法离散成五面体单元,传递轮胎对轮辋的作用力。由于过渡层刚度很小而且厚度小,所以对车轮刚度的影响可以忽略不计。考虑到试验中转鼓与车轮的滚动接触切向力比较小,仅以等效的径向压力施加到轮胎上。文中建立整个试验过程的有限元模型,通过与试验结果以及前人的成果相对比,表明分析模型是正确而有效的。

关键词　铝合金车轮　径向疲劳试验　非线性接触　数值仿真中图分类号　U463.34　U461.7　TG146.21

A bstract By translating the dynamic contact to a transition cushion which nodes are movable to s ome extent ,a method to deal with the problem occurred in the contact between tyre and rim is proposed .The cushion is meshed using pentahedron elements which nodes are s hared with tyre and rim ,and the contact forces are transferred .The stiffness and thickness of this cushion is so small that can be ignored to the stiffness of the wheel .Considering the tangent force of the rolling contact between driving wheel and test wheel is rela -tive small ,an equivalent rad ial force is used to replace the load from driving wheel .The finite element model of the wheel is establis hed and the results shown in the final fatigue simulation demonstrates that the model is validated by comparing with the conclusions of experi -ments and preceding research .

Key words A luminum alloy wheel ;Radial fatigue test ;Nonlinear contact ;Numerical simulation

Corr es ponding autho r :WEI DongLai ,E -mail :wdo nglai @163.co m ,Tel :+86-21-62813430-8097,Fax :+86-21-62827605Manuscript received 20061024,in revised form 20070423.

1　引言

以铝材代替钢材是汽车轻量化的重要途径。目前,压铸铝车轮以其重量轻、外形美观、良好的抗冲击性和耐疲劳性,已逐渐成为车轮行业的主流。随着铝车轮造型的不断更新和需求量的增大,车轮的设计和试验周期越来越短,仅仅依靠物理试验结果来反复修正设计方案的常规方法已难以满足市场竞争的需要。因此,利用CAE (computer aided engineering )分析软件对试验过程进行数值仿真,把设计和试验连成一体,能有效缩短开发周期,降低成本。

车轮径向疲劳试验是模拟汽车正常行驶时路面作用于车轮上的反作用力对车轮疲劳的影响,主要检查整个车轮的综合强度。有关铝合金车轮径向疲劳试验数值仿真的相关报道还很少。Karandikar 和Fuchs [1]

开发出一套包含有限元分析及疲劳寿命预测的程序,用

于预测车轮的疲劳寿命。Marron 和Teracher

[2]

着重研

究在保证车轮强度和寿命的前提下如何减轻轮辐的重量。上述文献仅针对局部的应力分布状况进行研究,对于整个车轮能否通过疲劳测试,还没有可靠的分析

结论。台湾元智大学的徐业良[3]

对铝合金车轮进行了径向疲劳模拟,并进行了优化,但是轮辋上没有安装轮胎,也没有给出轮胎对车轮应力的影响。J .Stearns -

[4]262-268

分析了在径向载荷作用下轮辋与轮胎接触部位的应力分布,得出该应力分布近似服从余弦函数,从而直接将接触压力近似地分配于轮辋表面节点上。

清华大学的王霄锋[5]

使用Algor 软件建立和计算车轮弯曲疲劳试验模型,对车轮的结构进行改进,降低了车轮应力水平。哈尔滨工业大学的崔胜民[6]

采用名义应力法和局部应力—应变法中的莫罗修正公式和史密斯修正公式,对车轮分别在等幅载荷和载荷谱作用下进行弯曲疲劳寿命预测。

但是他们模拟的对象都是

Journal of Mechanical Strength

2008,30(6):998～1002

韦东来,男,1974年1月生,广西壮族自治区南宁市上林县人,壮族。博士,研究方向为汽车零部件成形数值仿真和基于CAE 的产品稳健优化

设计研究。

20061024收到初稿,20070423收到修改稿。

DOI :10.16579/j .issn .1001.9669.2008.06.028