基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计
基于ANSYS的汽车铝合金轮毂轻量化设计
基于ANSYS的汽车铝合金轮毂轻量化设计作者：方宝涛徐丹来源：《时代汽车》2023年第21期摘要：针对汽车轻量化的需求，以某款轿车的铝合金轮毂为研究对象，利用ANSYS软件进行参数化建模和有限元分析，计算并分析了不同轮辐数量和轮辐厚度对轮毂最大变形量和等效应力的影响，并从中选出满足使用要求的轻量化优化方案，对后续轻量化设计工作具有实用意义和借鉴作用。
关键词：ANSYS 铝合金轮毂轮辐轻量化1 引言汽车轮毂是支撑轮胎，缓冲外界冲击，实现轮胎与路面的接触，保证车辆的行驶性能的圆柱形金属部件。
汽车在行驶中，车轮与地面的相互作用力，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[1]。
轻量化趋势是未来汽车的必然选择，而研究汽车轮毂的轻量化设计，也必须考虑到其机械性能能否满足要求[2]。
如闫龙龙[3]通过减小轮毂尺寸、使用轻质材料、采用计算机进行结构设计等方式实现了轮毂的轻量化。
武海滨等[4]结合铝合金材料特性，利用有限元分析技术，计算出轮辐的最佳厚度和两个轮辐之间的最佳角度范围，减轻了轮毂的重量。
王俊峰等[5]探讨了碳纤维材料在汽车轻量化设计中的应用。
本文以某款轿车的铝合金轮毂进行研究，利用有限元分析软件ANSYS建构了铝合金轮毂模型，计算出不同轮辐数量和厚度条件下的应力分布，通过强度分析，围绕铝合金轮毂的结构和工艺等方面展开轻量化设计。
2 汽车轮毂简介轮毂主要由轮辋、轮辐、偏距、轮缘与槽底构成。
轮辋与轮胎装配相配合，支撑轮胎的车轮部分；轮辐与车轴轮毂实施安装连接，支撑轮辋的车轮部分。
轮毂组成部分如图1所示。
目前市场上的汽车轮毂主要分为3种：钢制轮毂、铝合金轮毂以及镁合金轮毂。
钢制轮毂在市场上已不多见，大部分适应用于卡车或必须承载重量较大的车辆所使用，优点是结构强度高与耐冲击性良好，但缺点是重量重；铝合金轮毂以铝合金为基本材料，并适当加入各种金属元素，如：锰、镁、铬等元素，铝合金轮圈除了在造型上更加多变外，还具有形性好、质量轻，具有可回收等一系列优点，对减轻车身重量、节能减排都有着很大的影响；镁合金轮毂在汽车上的使用并非最近才出现的，是近几年来汽车市场上较为少见的产品，碳纤维轮圈具有高强度低重量的物理特性，同等体积的碳纤维强度为钢制轮毂10倍，重量却仅有钢制轮毂的1/4，但制造成本也比传统工艺高许多，且目前无法量产化，因此目前只有顶级轿车或跑车才会使用。
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计
本科学生毕业设计基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-1班学生姓名：沈维梁指导教师：石美玉职称：教授黑龙江工程学院二○一一年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeBased on Finite Element Analysis Design of Car Alloy WheelsCandidate：Shen WeiliangSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-1Supervisor：Prof. Shi MeiyuHeilongjiang Institute of Technology2011-06·Harbin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ABSTRACTLightweight 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目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................... I I 第1章绪论. (1)1.1课题研究的目的意义 (1)1.2铝合金车轮行业现状及发展趋势 (1)1.2.1铝合金车轮的发展及其现状 (1)1.2.2铝合金车轮的发展趋势 (3)1.3国内外研究方法 (4)1.4主要研究内容 (5)第2章车轮三维模型的建立 (6)2.1 Pro/E软件基础 (6)2.2车轮Pro/E模型的建立 (7)2.2.1车轮构造、种类及装配 (7)2.2.2 车轮三维模型建立过程 (9)2.3 本章小结 (15)第3 章车轮强度静态分析 (16)3.1 ANSYS软件基础 (16)3.2 Pro/E与ANSYS的接口创建 (17)3.3车轮几何模型的简化 (18)3.4 A356的材料特性 (18)3.5边界条件的处理 (18)3.6载荷的处理 (19)3.7车轮弯曲疲劳试验有限元模型 ............................................... 错误！未定义书签。
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》篇一一、引言铝合金轮毂以其轻量化、高强度和良好的抗腐蚀性等特点，在现代汽车工业中得到了广泛应用。
了解铝合金轮毂的力学性能和通过有限元分析（FEA）进行结构优化，对于提升汽车性能、保障行车安全具有重要意义。
本文将探讨铝合金轮毂的力学性能及其有限元分析方法。
二、铝合金轮毂的力学性能1. 轻量化与高强度铝合金轮毂的主要优点之一是其轻量化与高强度。
铝合金材料具有较低的密度，能够有效降低汽车整车的重量，从而提高燃油经济性。
同时，其高强度保证了轮毂在承受重载和冲击时能够保持结构的完整性。
2. 抗腐蚀性铝合金具有良好的抗腐蚀性，能够抵抗潮湿、盐雾等恶劣环境的侵蚀，延长了轮毂的使用寿命。
此外，铝合金轮毂的表面处理技术如喷涂、电镀等也能进一步提高其抗腐蚀性能。
三、铝合金轮毂的有限元分析有限元分析是一种有效的工程分析方法，可以用于研究铝合金轮毂的力学性能和结构优化。
通过建立轮毂的三维模型，并利用有限元软件进行网格划分、材料属性定义、边界条件设定等步骤，可以对轮毂进行详细的力学分析。
1. 网格划分与材料属性定义在有限元分析中，首先需要对轮毂进行网格划分，将轮毂划分为若干个小的有限元单元。
然后根据铝合金的材料属性，如弹性模量、泊松比、屈服强度等，为每个单元赋予相应的材料属性。
2. 边界条件设定与加载在有限元分析中，需要设定边界条件，如约束、载荷等。
约束条件通常根据轮毂在实际使用中的固定方式来设定。
载荷则包括轮毂承受的重力、离心力、风阻等。
通过施加这些边界条件，可以模拟轮毂在实际使用中的受力情况。
3. 力学性能分析通过对轮毂进行有限元分析，可以得到其在各种工况下的应力、应变、位移等力学性能参数。
这些参数可以帮助我们了解轮毂的承载能力、刚度、抗疲劳性能等，为结构优化提供依据。
四、结构优化与改进通过有限元分析得到的力学性能参数，可以对铝合金轮毂的结构进行优化和改进。
例如，可以通过调整轮毂的厚度、形状、加强筋的位置和数量等，来提高其承载能力和抗疲劳性能。
铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究
铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究摘要：随着汽车工业的发展，轻量化设计成为将来汽车工程的一个重要方向。
车轮作为汽车的重要组成部分之一，其结构设计直接关系到汽车的性能和安全。
本文旨在通过有限元分析与实验研究的方法，探索铝合金车轮结构设计的优化方案，以达到轻量化和高强度的目标。
关键词：铝合金车轮、有限元分析、实验研究、结构设计 1. 引言随着汽车工业的不断发展，节能减排、环境友好以及安全性能成为汽车设计的重要关注点。
由于铝合金材料具有轻质、高强度、抗腐蚀等优势，因此在汽车制造领域得到广泛应用。
车轮作为汽车的关键组成部分之一，其结构设计对车辆的操控性能、燃油经济性以及乘坐舒适性等方面有着重要影响。
2. 有限元分析有限元分析是一种通过将实际结构离散化为有限个单元，采用数值计算方法对结构进行力学分析的方法。
本文选择ANSYS软件进行有限元分析，模拟铝合金车轮在不同载荷情况下的应力、应变分布。
3. 实验研究为了验证有限元分析的结果，本文进行了一系列的实验研究。
首先，通过采用合适的材料与工艺条件，制备出铝合金车轮样品。
然后，在实验室环境下，模拟真实道路条件进行加载实验，测量并记录车轮在不同载荷情况下的应力、应变数据。
最后，将实验结果与有限元分析的结果进行对比，验证有限元分析的准确性。
4. 结果与讨论基于有限元分析和实验研究的结果，发现在铝合金车轮的结构设计中，提高轮辐与轮毂的连接方式对车轮的强度和刚度具有重要影响。
通过优化连接方式，可以提高车轮的整体强度和刚度，提高其承载能力和抗疲劳性能。
此外，选用合适的铝合金材料以及适当的加工工艺，也能够有效地提高车轮的强度和刚度。
5. 结论本研究通过有限元分析和实验研究的方法，探索了铝合金车轮结构设计的优化方案。
结果表明，在设计铝合金车轮时，合理选择轮辐与轮毂的连接方式、选用适当的铝合金材料以及优化加工工艺等因素都对车轮的强度和刚度具有重要影响。
铝合金轮毂有限元分析及优化设计
铝合金轮毂有限元分析及优化设计作者：魏剑吴龙曾师尊来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2020年第03期摘要：为了提高轮毂的安全性和可靠性，本文主要对铝合金轮毂进行有限元分析及优化设计。
采用三维软件Creo30，对某铝合金轮毂进行实体建模，并导入Ansys软件中，分析其固定点在不同作用力与力矩方向时轮毂的动态弯曲疲劳、径向疲劳与冲击性能。
试验结果表明，该轮毂所受的最大应力远小于许用应力。
同时，为提高该轮毂的性能，对该轮毂的薄弱连接部位进行加强设计，并对其余部分进行轻量化设计。
研究结果表明，轮毂的整体质量减少了13413 g，其强度符合设计要求。
该研究对提高轮毂的使用寿命具有重要意义。
关键词：轮毂; 有限元分析; 弯曲疲劳; 径向疲劳; 冲击分析中图分类号： U463.343文献标识码： A2017年，我国发布了《节能與新能源汽车技术路线图》，根据该路线图，将大力推进Al、Mg合金、碳纤维复合材料等在汽车上的应用，推进轻量化材料制造技术的发展[1]。
目前，在汽车零部件设计中，国内铝合金轻量化材料的使用量仍低于国际水平，针对铝合金轻量化材料，胡泊洋等人[23]采用有限元分析方法，对脚踏板、蓄电池箱体支架、车门、底盘控制臂和牵引钩等进行分析，用铝合金替代传统钢材料，并通过仿真与试验研究，优化结构和尺寸，使零部件达到性能使用要求;朱红建[4]从分析汽车钢圈的主要载荷形式和失效形式入手，确定横向载荷是造成疲劳破坏的主要原因，并运用有限元分析软件，对汽车钢圈进行了结构分析，且对汽车使用寿命进行预测，同时运用优化理论对汽车钢圈进行优化设计，进而提高汽车钢圈的可靠性和使用寿命;Wang X F等人[513]利用有限元分析软件，对钢制、铝合金或镁合金车轮建立参数化模型，进行弯曲疲劳和径向疲劳试验模拟，得到轮毂的应力图和应变图，计算车轮上应力较大的区域，并分析危险点的应力状态，对各类型轮毂进行结构优化和刚强度分析，以达到轮毂轻量化目的。
《2024年铝合金轮毂的有限元分析》范文
《铝合金轮毂的有限元分析》篇一一、引言铝合金轮毂是现代汽车工业中广泛应用的重要部件之一。
随着汽车行业的飞速发展，对于车辆轻量化、耐用性和安全性的要求也日益提升。
因此，铝合金轮毂以其优良的物理性能和经济性得到了广大制造商的青睐。
然而，在实际使用中，铝合金轮毂的设计和生产需要充分考虑其复杂的工作环境和各种潜在风险。
因此，采用有限元分析（FEA）对铝合金轮毂进行性能分析和优化显得尤为重要。
二、铝合金轮毂的有限元模型建立1. 材料属性定义在有限元分析中，首先需要定义铝合金轮毂的材料属性。
这包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度等关键参数。
这些参数将直接影响模型的力学性能和应力分布。
2. 几何模型建立根据铝合金轮毂的实际几何形状和尺寸，建立精确的几何模型。
在建模过程中，应充分考虑轮毂的复杂结构和细节特征，以确保分析的准确性。
3. 网格划分将几何模型划分为适当的网格是有限元分析的关键步骤。
网格的划分应考虑到计算精度和计算效率的平衡，确保在关键区域有足够的网格密度。
三、铝合金轮毂的有限元分析1. 载荷和边界条件设置在有限元分析中，需要设置载荷和边界条件。
载荷包括车辆行驶过程中的惯性力、摩擦力等；边界条件则涉及到轮毂与轮胎的连接方式、约束等。
这些条件的设置将直接影响分析结果的准确性。
2. 应力分析通过有限元分析，可以获得铝合金轮毂在各种工况下的应力分布情况。
这包括静态应力、动态应力以及交变应力等。
分析结果将有助于评估轮毂的强度、刚度和耐久性。
3. 模态分析模态分析可以获取铝合金轮毂的振动特性，如各阶模态频率和振型。
这对于评估轮毂在复杂工作环境下的动态性能具有重要意义。
四、结果与讨论通过对铝合金轮毂的有限元分析，可以得到以下结论：1. 铝合金轮毂在各种工况下的应力分布情况，为优化设计提供依据；2. 模态分析结果有助于了解轮毂的动态性能，为降低振动和噪声提供参考；3. 通过对比不同设计方案的有限元分析结果，可以找到最优的设计方案，提高轮毂的性能和寿命；4. 有限元分析还可以用于评估铝合金轮毂在复杂工作环境中的潜在风险，为生产制造提供有力支持。
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计-任务书
毕业设计任务书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、设计（论文）目的、意义实现汽车轻量化，提高燃油经济性，是汽车节能的最有效途径之一。
汽车减轻自重，不仅可减小汽车的行驶阻力，降低油耗，还有利于改善汽车的转向、加速、制动等性能，有利于降低噪声、减轻振动，为实现大功率创造条件。
同时轻量化带来的低油耗，使汽车的废气排放减少，对环境的污染程度也减小。
汽车轻量化有两大途径：一是采用轻量化材料，例如采用超高强度钢板，铝合金、镁合金等轻质材料代替传统的钢铁材料；一是优化、更改汽车的结构，缩小零部件尺寸，最大限度地减轻零部件的质量。
全球汽车工业越来越注重汽车的轻量化，表现在铝及其合金在汽车材料中所占的比重越来越大。
铝的比重是铁的1/3，具有良好的导热、导电性能，其机械加工性能比铁高4.5倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性；铝的铸造工业性能也比较好，可以获得薄壁复杂铸件。
现代轿车日益广泛使用铝材，已经成为一种趋势，例如轿车轮圈就是一个最明显的例子，80年代初，大部分轿车还是使用钢质轮圈，而今绝大部分轿车都是用铝合金轮圈了。
本课题借助CAD软件Pro/E，有限元分析软件ANSYS作为虚拟样机工具对给定的铝合金车轮进行强度分析，在保证强度和可靠性的前提下，对车轮进行优化，以进一步减少车轮质量，降低成本。
二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容：1.轿车铝合金车轮的初步设计；2.Pro/E建立车轮三维模型；3.有限元进行车轮强度静态分析；4.验证结果的可行性，改进设计，完成设计。
技术要求：1.以轿车铝合金车轮为设计对象；2.要求：有限元模型、载荷建立正确；3.生产纲领：成批生产。
三、设计完成后应提交的成果车轮有限元分析程序一份，车轮二维工程图一张，设计说明书2万字以上一份。
四、设计进度安排（1）知识准备、调研、收集资料、完成开题报告第1～2周（2.28～3.11）（2）整理资料、提出问题、撰写设计说明书草稿、熟悉Pro/E、ANSYS软件的使用第3～5周（3.14～4.1）（3）理论联系实际分析问题、解决问题，使用Pro/E、ANSYS软件完成铝合金车轮的三维设计、进行强度分析等部分设计内容，中期检查第6～8周（4.4～4.22）（4）改进完成设计，改进完成设计说明书，指导教师审核，学生修改第9～12周(4.25～5.20) （5）评阅教师评阅、学生修改第13周（5.23～5.27）（6）毕业设计预答辩第14周（5.30～6.3）（7）毕业设计修改第15～16周（6.6～6.17）（8）毕业设计答辩第17周（6.20～6.24）五、主要参考资料1.许路萍，邵光杰，李麟，张恒华.汽车轻量化用金属材料及其发展动态.上海金属2.李明惠，卢晓春.CAD/CAE/CAM一体化技术在汽车轻量化中的应用.公路与汽运3.两本以上Pro/E、ANSYS相关书籍；4.汽车设计、汽车构造书籍；5.机械制图、机械设计、互换性与技术测量相关书籍；6.轿车铝合金车轮设计资料7.网络资源，超星数字图书馆8.近几年相关专业CNKI网络期刊等六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日。
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、耐腐蚀性以及良好的成形性能等优势，已经成为了现代汽车制造业的标配。
为了更全面地理解铝合金轮毂的力学性能和其在各种条件下的应力分布，有限元分析（FEA）已成为不可或缺的辅助手段。
本文旨在研究铝合金轮毂的力学性能及其在有限元分析中的应用。
二、铝合金轮毂的力学性能铝合金轮毂的力学性能主要体现在其抗拉强度、屈服强度、冲击韧性以及疲劳强度等方面。
这些性能的优劣直接决定了轮毂的安全性和使用寿命。
1. 抗拉强度和屈服强度：铝合金的抗拉强度和屈服强度是衡量其抵抗外力破坏能力的关键指标。
铝合金轮毂通常需要具备较高的抗拉和屈服强度，以保证在高速行驶和复杂路况下不会发生断裂或变形。
2. 冲击韧性：冲击韧性是指材料在受到冲击载荷时吸收能量并保持其完整性的能力。
铝合金轮毂需要具备良好的冲击韧性，以应对突发情况如碰撞等。
3. 疲劳强度：由于轮毂需要长期承受车辆重力和路面反作用力等循环载荷，因此其疲劳强度也是一项重要的力学性能指标。
优质的铝合金轮毂应具备较高的疲劳强度，以延长其使用寿命。
三、有限元分析在铝合金轮毂中的应用有限元分析（FEA）是一种通过数值计算方法对实际物理系统进行模拟的技术。
在铝合金轮毂的设计和优化过程中，有限元分析具有重要的应用价值。
1. 模型建立：首先，根据铝合金轮毂的实际尺寸和结构，建立精确的有限元模型。
模型中需要考虑轮毂的材料属性、边界条件以及载荷情况等因素。
2. 材料属性定义：在有限元模型中，需要定义铝合金的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度、抗拉强度、屈服强度等。
这些属性将直接影响有限元分析的结果。
3. 载荷和边界条件设置：根据实际工作情况，设置轮毂所受的载荷和边界条件。
如车辆重力、路面反作用力、轮胎与轮毂之间的摩擦力等。
4. 求解和分析：通过求解有限元方程，得到轮毂在各种工况下的应力、应变、位移等结果。
《2024年铝合金轮毂的有限元分析》范文
《铝合金轮毂的有限元分析》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、良好的抗腐蚀性等优点，在汽车行业中得到了广泛的应用。
然而，轮毂作为汽车的重要部分，其结构和性能对汽车的行驶稳定性和安全性具有重要影响。
因此，对铝合金轮毂的结构进行准确的分析和优化显得尤为重要。
本文通过有限元分析方法，对铝合金轮毂的结构性能进行了深入的研究。
二、铝合金轮毂的有限元模型建立1. 模型简化与假设在进行有限元分析前，需要对铝合金轮毂的实体模型进行简化。
简化过程中，我们假设轮毂的材料是均匀且各向同性的，忽略微小的不规则形状和细节。
同时，我们忽略了轮毂制造过程中的工艺影响，如铸造缺陷、热处理不均等。
2. 网格划分在有限元分析中，网格的划分对分析结果的准确性具有重要影响。
我们采用高精度的四面体网格对铝合金轮毂进行划分，确保在关键部位如轮辐、轮缘等处的网格足够细密。
3. 材料属性定义铝合金轮毂的材料属性包括密度、弹性模量、泊松比、屈服强度等。
这些参数的准确设定对分析结果的准确性具有重要影响。
我们通过实验测定和文献查阅，获取了准确的材料属性。
三、有限元分析过程1. 边界条件设定在有限元分析中，边界条件的设定是关键的一步。
我们根据实际情况，设定了轮毂的约束条件和载荷条件。
如，轮毂与轴承的接触部位设定为固定约束，而轮毂所受的力则通过力载荷或压力载荷的方式进行施加。
2. 应力与应变分析通过有限元分析软件，我们对铝合金轮毂进行了应力与应变分析。
在各种工况下，如制动、加速、转弯等，对轮毂的应力与应变进行了详细的计算和分析。
通过分析结果，我们可以清楚地看到轮毂的最大应力和应变位置，为优化设计提供依据。
四、结果与分析1. 应力与应变分布情况通过对铝合金轮毂的有限元分析，我们得到了其应力与应变的分布情况。
结果显示，轮毂在制动等工况下，应力主要集中在轮辐和轮缘的交界处，而应变则主要发生在轮缘部位。
这为我们提供了优化设计的方向。
基于ANSYS汽车铝合金轮毂的有限元分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.23.044基于ANSYS汽车铝合金轮毂的有限元分析张舵，迟瑞娟*（中国农业大学工学院，北京100083）摘要：轮毂作为支撑汽车重量并保证汽车顺利行驶的重要零部件，其结构强度和振动特性对于汽车安全性至关重要。
文章以17英寸汽车铝合金轮毂为研究对象，根据国家标准GB/T 3487-2005《汽车轮辋规格系列》利用Solidworks 对其三维建模，并通过有限元分析软件ANSYS进行了静力分析，验证了其结构强度的合理性，在此基础上进行了有预应力的模态分析，并通过和外界激振频率的对比，结果表明可以避免共振的发生，为轮毂的优化设计提供了理论依据。
关键词：轮毂；静力分析；模态分析中图分类号：U463.343 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)23-139-05Finite Element Analysis of Aluminum Alloy Wheel Hub based on ANSYSZhang Duo, Chi Ruijuan*（College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083）Abstract: As an important part to support the weight of the automobile and ensure the smooth running of the automobile, the structural strength and vibration characteristics of the hub are very important for the safety of the automobile. In this paper, according to the national standard GB / T 3487-2005 "specification series of automobile rims", the 3D modeling of 17 inch automobile aluminum alloy wheel hub is carried out by SolidWorks, and the static analysis is carried out by ANSYS, The rationality of its structural strength is verified, on this basis, the modal analysis with prestress is done, and the comparison with the external excitation frequency proves that resonance can be avoided, which provides a theoretical basis for the optimal design of wheel hub.Keywords: Automobile hub; Static analysis; Modal analysisCLC NO.: U463.343 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)23-139-05前言轮毂是汽车不可或缺的零部件，不仅要支撑汽车的整车重量，而且在汽车行驶过程中，还要受到路面和转向时的不同大小、方向的作用力，对汽车的顺利行驶和车内人员的乘坐舒适度起到了重要作用，故研究轮毂的应力和振动特性意义重大。
有限元分析技术在汽车轮毂设计中的应用
《装备制造技术》2021年第4期
与否，在很大程度上直接影响到汽车的使用舒适性。 另外，小簧的上下质量,与轮毂的设计质量也有着一 定的关系。在有关研究中发现，汽车的轮毂质量越 轻,汽车的车簧质量就会越小，同时，汽车在行驶起 来的给人的舒适感也就越强。因此，在现阶段乃至以 后的汽车制造与生产中，降低轮毂的质量,降低车簧 的质量，是汽车制造的一个明显发展方向。其中最重 要的是对轮毂的设计。汽车轮毂的高效设计可以减 轻汽车的重量,有效降低汽车的燃油经济性,降低汽 车重量10%,提高燃油效率6%,减少二氧化碳和煤 氢的排放耳以有限元技术与相关分析技术为依托， 我国的汽车轮毂设计方式在进行不断优化。特别是 在现阶段相关技术不断发展的趋势下，我国的汽车 轮毂设计中应用有限元技术的趋势也越发明显。通 过有限元设计技术在汽车生产制造中的应用，能够 有效地提高汽车在行驶中的安全性。这也将是未来 我国汽车行业发展的必由之路，相关成立企业也应 该逐步提高对有限元分析技术的重视，在实践中不 断改进完善这一技术,提高生产材料的利用效率，进 而最大程度的提高汽车的质量。
为基础，建立加载臂的模型及模型的相关尺寸，是加
因为本次研究分析的轮毂属于5辐均匀对称性 的结构，所以在进行弯曲疲劳试验的过程当中,只需 要沿着他的轮毂方向开展弯矩工作即可。
3.4弯曲试验有限元分析结果
从图3可以看出在弯曲载荷的作用力下，轮毂 的最大位移分布在轮毂的安装盘的边缘处，最大位
移为0.269 mm。它最大的应力分布在整个轮毂的槽 边缘内侧边棱上。
3有限元技术的设计应用论证-以铝合金轮 毂弯曲疲劳有限元分析为例
3.1轮毂弯曲疲劳试验简介
轮毂弯曲疲劳试验装置如图1所示，将汽车的 轮廓安装在加载壁上，并且完全固定住,接着再通过 加载B进行汽车轮毂的旋转弯矩。
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点被广泛应用于汽车制造领域。
为了更全面地理解铝合金轮毂的力学性能及在实际使用过程中的安全性和耐久性，本文对铝合金轮毂的力学性能进行了研究，并结合有限元分析进行探讨。
二、铝合金轮毂的力学性能1. 弹性性能铝合金轮毂的弹性性能主要表现在其抵抗弹性变形的能力。
通过实验测试，我们可以得到铝合金轮毂的弹性模量、泊松比等参数，这些参数反映了轮毂在受到外力作用时的变形程度。
2. 强度与韧性铝合金轮毂的强度和韧性是衡量其抵抗破坏能力的重要指标。
通过拉伸试验和冲击试验，我们可以得到铝合金轮毂的屈服强度、抗拉强度以及冲击韧性等参数。
这些参数对于评估轮毂的安全性和耐久性具有重要意义。
3. 疲劳性能铝合金轮毂在使用过程中会受到周期性的应力作用，因此其疲劳性能是评价其使用寿命的重要指标。
通过疲劳试验，我们可以得到铝合金轮毂的疲劳极限和疲劳寿命等参数，从而为轮毂的设计和制造提供依据。
三、有限元分析有限元分析是一种有效的数值模拟方法，可以用于研究复杂结构在各种载荷作用下的应力、应变和位移等性能。
在铝合金轮毂的有限元分析中，我们主要关注以下几个方面：1. 模型建立与网格划分根据铝合金轮毂的实际结构，建立准确的几何模型。
然后对模型进行网格划分，将模型离散化为有限个单元。
网格的划分对于有限元分析的精度和计算效率具有重要影响。
2. 材料属性与边界条件设定将铝合金轮毂的力学性能参数（如弹性模量、屈服强度等）输入有限元软件，并设定边界条件（如约束、载荷等）。
这些参数和条件的设定将直接影响有限元分析的结果。
3. 载荷与应力分析在有限元分析中，我们需要对铝合金轮毂施加一定的载荷（如弯矩、扭矩等），然后通过求解得到轮毂的应力、应变和位移等性能参数。
这些参数可以用于评估轮毂的安全性和耐久性。
四、结论通过对铝合金轮毂的力学性能及有限元分析的研究，我们可以得到以下结论：1. 铝合金轮毂具有较好的弹性性能、强度和韧性以及疲劳性能，可以满足汽车使用的要求。
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，逐渐成为现代汽车制造中不可或缺的一部分。
本文旨在探讨铝合金轮毂的力学性能及其有限元分析，以揭示其在实际应用中的性能表现及优化方向。
二、铝合金轮毂的力学性能1. 材料特性铝合金轮毂的主要材料为铝基合金，具有较高的比强度和比刚度。
其材料特性包括良好的塑形、抗腐蚀性以及热稳定性。
此外，铝合金的导热性能也优于其他金属材料，有利于轮毂的散热。
2. 力学性能指标铝合金轮毂的力学性能主要表现在其抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击韧性等方面。
这些指标直接决定了轮毂在使用过程中的安全性和耐久性。
在生产过程中，需严格控制材料的质量和加工工艺，以确保轮毂的力学性能达到设计要求。
三、有限元分析方法有限元分析是一种常用的工程分析方法，通过将连续体离散化为有限个单元，求解各单元的近似解，进而得到整个结构的解。
在铝合金轮毂的力学性能分析中，有限元分析可以有效地模拟轮毂在实际使用过程中的应力、应变、位移等行为，为优化设计提供依据。
四、铝合金轮毂的有限元分析1. 模型建立根据铝合金轮毂的实际结构，建立有限元模型。
在模型中，需考虑轮毂的几何形状、材料属性、边界条件等因素。
同时，为提高分析精度，需对关键部位进行网格细化。
2. 加载与约束根据实际使用情况，对轮毂施加相应的载荷和约束。
如考虑轮毂在行驶过程中受到的径向力、侧向力、弯曲力等，以及与轮胎之间的相互作用力等。
在有限元模型中，需对这些载荷和约束进行合理设置，以模拟实际使用情况。
3. 求解与分析通过有限元软件进行求解，得到轮毂在各种工况下的应力、应变、位移等结果。
通过对这些结果进行分析，可以了解轮毂在实际使用过程中的受力情况和变形情况，为优化设计提供依据。
五、结论与展望通过本文的分析可知，铝合金轮毂具有优良的力学性能和较高的安全性。
有限元分析方法可以有效地模拟轮毂在实际使用过程中的行为，为优化设计提供依据。
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。
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计-开题报告
将砂型铸造的铝合金车轮装在边三轮摩托车上，但是数量很少，未形成气候。到加世纪 80 年代末， 我国出现了第一个具有现代规模的戴卡轮毂制造有限公司，其规模和设备都进入了世界先进行列。 加世纪 90 年代初，在广东出现了既生产汽车，又生产摩托车铝合金车轮的南海中南铝合金轮毂有 限公司，这两个生产厂的生产设备都已达到国际水平。但这段时期，因国内汽车和摩托车对铝合金 车轮的装车欲望还很低，钢圈仍占据着绝对统治市场的地位。随着我国公路设施的飞速发展，这两 个企业也分别在汽车、摩托车行业中积极地宣传，铝合金车轮开始以极其迅猛之势在全国得到推广， 生产铝合金车轮的工厂也像雨后春笋般出现，蔓延至全国。2002 年，我国轿车的铝合金车轮装车 率已接近 45%;摩托车的铝合金车轮装车率已逾 50%。综上所述，不难看出，铝合金车轮是现代车 辆轻量化、高速化、现代化的必然产物。
2）铝合金车轮的制造工艺 目前，整体式铝合金车轮的成形工艺有铸造、锻造两大方法。全世界 95%的铝合金车轮采用铸 造工艺，铸造又可细分为低压铸造、重力铸造和挤压铸造。国外铝合金车轮的制造方法以低压铸造 为主，大概占全部产量的 80%以上，少数企业采用锻造法、焊接组装法生产。最近，国外出现无气 孔压铸新工艺(充氧压铸法)，日本轻金属株式会社、美国铸锻公司已开始应用于生产。 国内铝合金车轮制造普遍采用成本较低的低压铸造工艺，约占全部产量的 80%以上，其次是采 用最简便的重力铸造工艺，约占其全部产量的 20%不到。上海金合利采用挤压铸造工艺，其产品质 量都有提高，取得较好的效果。在铝合金车轮加工方面，一般采用数控机床和高精度自动化柔性加 工系统;采用自动化涂装工艺，喷粉技术在表面涂装方面渐有替代喷漆之势，少数企业还采用先进 的真空电镀涂装技术;在热处理试验检测方面，基本都接近或达到国外先进水平。 3）基于 CAD/CAE 技术的设计方法 国外企业对 CAD/CAE 技术的应用已经较为成熟，在汽车领域中有限元技术应用也较为广泛。如 采用 CAD 技术进行产品的三维设计，采用 CAE 技术计算汽车零部件的应力和变形、进行结构强度和 刚度的分析;采用多体动力学方法进行汽车整车操纵稳定性和行驶平稳性的动态仿真分析;采用有 限元法进行汽车碰撞分析、汽车噪声分析、结构疲劳分析、振动模态分析等。国内 CAD 技术运用也 较为普遍，许多汽车整车及相关零部件制造企业早已使用 UG、PROE/、CATIA 等计算机设计软件作 为产品开发的主要工具，实现三维设计。而 CAE 技术对设计人员的知识水平要求较高，因此应用范 围有所局限，较多运用于高校及学术机构的研究，在企业中涉足较少。但近年来，随着国内市场于 国际接轨，对企业产品开发技术要求日渐提高，CAE 技术也慢慢在企业中发展起来，不少大型生产 企业已引进大型有限元软件并培训起自己的技术人员。实际应用表明，有限元技术的应用给企业带 来了许多实际效益。它使设计人员能在产品的设计阶段进行模拟仿真，及时发现设计中潜在并予以 修改，缩短了产品的开发周期，降低成本，提高产品质量和可靠性，因此在汽车及其零部件的开发 过程中己占有无可替代的地位。CAD/CAE 技术的提高对增强我国汽车工业自主研发能力和企业的国
基于ansys的乘用车铝合金轮毂优化设计及有限元分析
第58卷 第1期Vol. 58 No. 12020年1月January 2020农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERINGdoi:10.3969/j.issn.1673-3142.2020.01.030基于ANSYS的乘用车铝合金轮毂优化设计及有限元分析曹稼玮，钱炜（200093上海市 上海理工大学 机械工程学院）[摘要]为了能减少产品研发周期并达到汽车轻量化的要求，应用有限元技术为支撑的设计方法。
以幅式轮毂为研究对象，根据汽车不同工况下的受力情况添加相应的载荷并进行静力分析，并对应力集中的部分进行局部优化设计。
ANSYS静力分析的结果表明该局部设计优化是合理的。
[关键词] 静力分析；弯矩载荷；优化设计；ANSYS[中图分类号] U463.343 [文献标识码] B [文章编号] 1673-3142(2020)01-0123-05Structural Design and Analysis of Passenger Vehicle Aluminum Alloy Wheel Hub Based on ANSYSCao Jiawei, Qian Wei(School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China) [Abstract] To meet the requirements of reduction of product development cycle as well as lightweight of the automobile, FEM was applied for design. The hub was taken as the research object, the corresponding load was applied according to different motion status of automobile and static analysis was conducted on the hub model. Then carry on optimization design to the position where stress is concentrated. The results of the ANSYS static analysis show that comprehensive analysis of the data can be drawn that local optimization design is reasonable. [Key words] static analysis; bending stress; optimization design; ANSYS0 引言在全球石化能源危机以及各国政府出台了严格的环境保护法律和政策的背景下，提高汽车的燃油经济性是大势所趋。
基于有限元分析的铝合金轮毂结构优化设计
基于有限元分析的铝合金轮毂结构优化设计作者：刘银峰来源：《企业科技与发展》2016年第07期（厦门民兴工业有限公司，福建厦门 361006）【摘要】轮毂是汽车重要的安全部件。
文章对有限元分析软件进行二次开发，推算并绘制适合A356-T6铝合金轮毂的零件S-N曲线。
运用Simulation软件，以轮毂径向冲击测试为例，建立有限元分析力学模型，分析轮毂冲击的静态影响因素和动态冲击载荷下的最大应力。
基于有限元分析，对轮毂进行优化前后强度的分析比较。
依据零件S-N曲线，先行预测轮毂强度状况，从而为铝合金轮毂的结构设计与优化提供方法和方向。
【关键词】轮毂；二次开发；有限元；S-N曲线；径向冲击；优化【中图分类号】U463.343 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）07-0059-051 概况随着社会的发展，汽车已经成为家庭的代步工具，汽车零部件的强度分析对于汽车的安全性能尤为关键。
汽车轮毂作为汽车重要的安全部件，其强度分析是设计过程中必须考虑的重要因素。
随着汽车市场竞争的加剧，“质量轻、强度高、美观性强”已经成为现代汽车制造业的主要设计理念，因此在汽车轮毂的初期设计中要体现此设计理念。
由于轮毂工作在随机载荷之下，在其研制中最关心的问题之一就是轮毂的抗径向冲击能力，在铝合金轮毂的设计开发，抗径向冲击能力是比较贴近实际行驶路况的测试。
因此，如何在设计中优化其结构设计，以减少轮毂开模后在实际试作中的次数和避免强度改善的盲目性，其初期的结构设计和结构优化非常重要。
本文主要阐述如何利用基于Simulation有限元分析软件来辅助、优化、改善轮毂的结构设计，以寻求到强度高、轻量化的结构设计。
首先计算并绘制A356-T6铝合金轮毂的S-N曲线，并对软件进行二次开发，然后将S-N曲线写入软件材质库，对铝合金轮毂进行静应力分析，再通过S-N曲线，寻找满足疲劳寿命下所对应的最大应力值。
本文主要讨论铝合金轮毂的冲击应力的有限元力学模型，并与实际生产结果比对，验证其合理性，以对铝合金轮毂后续的有限元分析提供方向。
基于有限元的铝合金车轮疲劳研究
基于有限元的铝合金车轮疲劳研究目前，在汽车工业发展中，轻量化发展已经成为主要发展的趋势和方向，为有效促进轻量化发展，在汽车工业中采用轻质材料铝及相关合金等材料，能够有效提高轻量化发展能力。
在本次研究中，为更好促进轻量化汽车工业发展，主要建立于Solidworks系统中，基于有限元的铝合金车轮疲劳进行研究，有效促进汽车的轻质化研究，提高和优化车轮的轻质化设计，有效提高车轮的抗疲劳性。
标签：轻量化发展;铝合金车轮;结构设计;有限元分析;强度分析;疲劳研究一、引言在汽车工业中，车轮是汽车的主要构成部件之一，其作用不仅是作为协助汽车运动，更是要支撑汽车本身所有的自重，其功能较为强大，作用较为突出和明显。
汽车车轮在支撑整个汽车自重的同时，还承载着行驶过程中汽车因减速、车轮摩擦力、风力阻力以及路面不平、湿滑等引发各种不同的动态载荷，造成车轮转动惯量增大，使车轮发生强度断裂，引发疲劳失效[1]。
因此，本文主要基于有限元的铝合金车轮疲劳进行研究，对汽车轮胎使用寿命和车轮疲劳进行分析，从而有效提高车轮的使用寿命。
二、铝合金车轮的发展及其现状目前，在汽车工业中，为提高汽车使用寿命和燃油经济性，就要有效实现汽车轻量化。
在研究中表明，减轻汽车自重，能够有效减轻汽车行驶的阻力、摩擦力，降低风力阻力、路面材料对汽车行驶的影响，能够有效改善汽车在行驶过程中的转向能力、加速能力和制动能力等，避免噪声和振动对汽车带来的负面影响，使汽车的功率运转能力能够得到有效提升。
轻量化汽车的研发，能够有效降低汽车的低油耗，减少汽车尾气的排放，使环境污染得到有效缓解。
为提高轻量化汽车生产能力，最直接的方式就是采用轻量化材料、优化汽车结构，例如在研发过程中，采用高强度钢板，铝合金等轻质材料代替传统的汽车材料，更改汽车的结构、缩小相关零部件，降低汽车的重量。
在传统的汽车制造业中，钢制车轮一直占有主导地位，目前，随着科学技术的不断发展和进步，铝合金车轮逐步替代钢制汽车材料，同时铝合金车轮不仅具有质量轻等特点，其美观性、节能性、耐腐蚀等特点也深受人们喜好。
《2024年铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》范文
《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，在汽车制造领域得到了广泛应用。
本文旨在探讨铝合金轮毂的力学性能及其有限元分析，以进一步理解其在实际使用中的应力分布和承载能力。
二、铝合金轮毂的力学性能1. 轻量化与高强度铝合金轮毂相较于传统的铸铁轮毂，具有明显的轻量化特点。
同时，铝合金的强度也得到了显著提高，使得其能承受较大的外部应力，保证了车辆的行驶安全。
2. 良好的抗腐蚀性铝合金具有较好的抗腐蚀性，不易受潮和锈蚀。
在复杂多变的道路环境下，这能有效保护轮毂免受腐蚀，延长其使用寿命。
三、铝合金轮毂的有限元分析有限元分析是一种有效的工程分析方法，通过将复杂的结构离散为有限个简单单元，求解各单元的应力、应变等物理量，从而得到整个结构的力学性能。
对于铝合金轮毂的有限元分析，主要步骤如下：1. 模型建立首先，根据铝合金轮毂的实际尺寸和结构，建立精确的三维模型。
模型应包括轮毂的辐条、轮盘等主要部分，以及可能的细节特征。
2. 材料属性定义在模型中定义铝合金的材料属性，包括密度、弹性模量、屈服强度等。
这些属性将直接影响有限元分析的结果。
3. 网格划分将模型离散为有限个单元，即网格划分。
网格的密度和类型将影响分析的精度和计算量。
对于铝合金轮毂，应采用适当的网格划分方法，以保证分析的准确性。
4. 加载与约束根据实际使用情况，对模型施加必要的加载和约束。
例如，考虑轮毂在行驶过程中所受的径向力、横向力以及制动力等。
同时，对模型施加适当的约束，以保证其在分析过程中的稳定性。
5. 求解与分析通过有限元软件进行求解，得到铝合金轮毂在各种工况下的应力、应变等物理量。
对结果进行分析，了解其在实际使用中的应力分布和承载能力。
四、结论通过对铝合金轮毂的力学性能及有限元分析，我们可以得出以下结论：1. 铝合金轮毂具有轻量化、高强度、抗腐蚀等优点，能有效提高汽车的行驶安全和舒适性。
铝车轮冲击试验失效案例及其有限元分析
铝车轮冲击试验失效案例及其有限元分析铝车轮是一种重要的汽车零部件，用来支撑汽车的质量，提高汽车的运行效率。
然而，铝车轮的安全性应该得到充分的考虑，因此进行冲击试验是非常必要的。
本文将介绍一个铝车轮失效案例及其有限元分析。
该车轮是一款高端豪华车型的装备，经过了各种试验与认证，具有很高的质量和安全标准。
但是，在正常使用过程中，该车轮发生了严重的失效。
据了解，该车轮在高速行驶过程中，发生撞击，导致了车轮倒塌和车辆失控。
事故造成了严重的伤亡和财产损失，而造成这一事故的罪魁祸首竟然是车轮的结构问题。
为了找出车轮失效的原因，对该车轮进行了冲击试验。
冲击试验结果表明，该车轮的表面硬度达到了标准要求，同时也符合耐腐蚀性和疲劳强度的测试要求。
然而，在冲击试验的最后一项测试中，车轮出现了变形和裂纹，导致了终止试验的发生。
这些结果引起了研究人员的高度关注，他们开始使用有限元分析方法来找出车轮失效的原因。
有限元分析的结果表明，该车轮的设计问题是导致其失效的主要原因之一。
铝车轮的内部设计应该考虑到其在实际使用中的负载情况，以及消除任何可能导致失效的弱点。
分析表明，这个车轮肋骨间距离过大，轮缘宽度不足，两者都对车轮的强度和刚度产生了负面影响。
此外，铝车轮过厚或过薄也有可能导致破裂或断裂。
针对这些问题，研究人员提出了改进车轮结构的建议，例如增加肋骨数量，加厚轮缘等。
还建议使用更高强度的铝合金材料，提高车轮在压缩、切割和弯曲等载荷下的抗弯刚度和承载能力。
总的来说，冲击试验和有限元分析是检测铝车轮失效的有效方式。
通过这些测试和分析能够找到车轮设计的弱点，及时改进设计方案，提高铝车轮的质量和可靠性。
此外，有限元分析还可以帮助管制机构及汽车制造商在车轮设计之前进行虚拟试验，并执行更多样化的测试，以便在车轮投入使用之前，快速定位问题，避免其引发安全隐患。
同时还可以对车轮的结构进行优化，确保其在承受正常负荷的情况下，能够稳定运行。
除了测试和分析，铝车轮在制造过程中的工艺控制也是确保车轮质量的关键。
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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ABSTRACTLightweight 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目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................... I I 第1章绪论. (1)1.1课题研究的目的意义 (1)1.2铝合金车轮行业现状及发展趋势 (1)1.2.1铝合金车轮的发展及其现状 (1)1.2.2铝合金车轮的发展趋势 (3)1.3国内外研究方法 (3)1.4主要研究内容 (5)第2章车轮三维模型的建立 (5)2.1 Pro/E软件基础 (5)2.2车轮Pro/E模型的建立 (6)2.2.1车轮构造、种类及装配 (6)2.2.2 车轮三维模型建立过程 (9)2.3 本章小结 (15)第3 章车轮强度静态分析 (16)3.1 ANSYS软件基础 (16)3.2 Pro/E与ANSYS的接口创建 (17)3.3车轮几何模型的简化 (18)3.4 A356的材料特性 (18)3.5边界条件的处理 (18)3.6载荷的处理 (19)3.7车轮弯曲疲劳试验有限元模型 (21)3.8静力分析结果及数据分析 (25)3.9本章小结 (29)第4 章车轮的模态分析 (30)4.1 模态分析定义 (30)4.2 模态分析的步骤 (30)4.3 结果分析 (31)4.3.1 不考虑速度影响的自由振动计算结果 (31)4.3.2 不考虑速度影响的约束振动计算结果 (35)4.4 本章小结 (40)第5章车轮结构的改进 (41)5.1车轮结构改进 (41)5.2车轮改进后的前后对比 (41)5.3本章小结 (55)结论 (55)参考文献 (56)致谢 (57)附录A ANSYS分析程序 (59)附A1车轮受离心力作用ANSYS分析程序 (59)附A2车轮受弯矩作用ANSYS分析程序 (59)附A3车轮受螺栓预紧力作用ANSYS分析程序 (60)附A4改进前模型自由振动模态分析程序 (66)附A5改进前模型约束振动模态分析程序 (70)附A6改进后模型自由振动模态分析程序 (74)附A7改进后模型约束振动模态分析程序 (79)第1章绪论1.1课题研究的目的意义实现汽车轻量化，提高燃油经济性，是汽车节能的最有效途径之一。
汽车减轻自重，不仅可减小汽车的行驶阻力，降低油耗，还有利于改善汽车的转向、加速、制动等性能，有利于降低噪声、减轻振动，为实现大功率创造条件。
同时轻量化带来的低油耗，使汽车的废气排放减少，对环境的污染程度也减小。
汽车轻量化有两大途径：一是采用轻量化材料，例如采用超高强度钢板，铝合金、镁合金等轻质材料代替传统的钢铁材料；一是优化、更改汽车的结构，缩小零部件尺寸，最大限度地减轻零部件的质量。
全球汽车工业越来越注重汽车的轻量化，表现在铝及其合金在汽车材料中所占的比重越来越大。
铝的比重是铁的1/3，具有良好的导热、导电性能，其机械加工性能比铁高4.5倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性；铝的铸造工业性能也比较好，可以获得薄壁复杂铸件。
现代轿车日益广泛使用铝材，已经成为一种趋势，例如轿车轮圈就是一个最明显的例子，80年代初，大部分轿车还是使用钢质轮圈，而今绝大部分轿车都是用铝合金轮圈了。
本课题借助CAD软件Pro/E，有限元分析软件ANSYS作为虚拟样机工具对给定的铝合金车轮进行强度分析，在保证强度和可靠性的前提下，对车轮进行优化，以进一步减少车轮质量，降低成本。
1.2铝合金车轮行业现状及发展趋势1.2.1铝合金车轮的发展及其现状长时期内，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。