含有残余应力的铝合金轮毂应力分布状态分析

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ＰｒｏＣＡＳＴ软件是在高斯点上进行应力计算的，
然后内插值到节点上，经过１４９０时间步的计算后，２ＰｒｏＣＡＳＴ网格单元与ＡＮＳＹＳ软得到了最后一步的应力结果，如图４所示．件的连接
图４计算到ｌ４９０时间步的等效应力结果Ｆｉｇ．４Ｒｅｓｕｌｔｏｆ１４９０ｔｉｍｅｓｔｅｐ
铸件在ＰｒｏＣＡＳＴ中划分的单元类型为四节点四面体单元，研究发现对应于ＡＮＳＹＳ的六节点四面体Ｓｏｌｉｄｌ８５单元．表２和表３为ＰｒｏＣＡＳＴ建立的网格单元和ＡＮＳＹＳ的Ｓｏｌｉｄｌ８５单元的对比．
表２ＰｒｏＣＡＳＴ的单元节点类型
Ｔａｂ．２ＤａｔｅｆｏｒｍａｔｏｆＰｒｏＣＡＳＴｅｌｅｍｅｎｔ
表３ＡＮＳＹＳ的单元节点类型
Ｔａｂ．３ＤａｔｅｆｏｒｍａｔｏｆＡＮＳＹＳｅｌｅｍｅｎｔ
因此可以通过编写程序将ＰｒｏＣＡＳＴ的单元网
格转化为ＡＮＳＹＳ识别的单元．文中利用ＭＡＴＬＡＢ
编写了相应的单元转化程序“Ｅｘｃｈａｎｇｅ－Ｅｌｅｍｅｎｔ．
ｍ”，将ＰｒｏＣＡＳＴ划分的网格单元导人到ＡＮＳＹＳ中．
图５为导入到ＡＮＳＹＳ中的轮毂单元．
图５ＰｒｏＣＡＳＴ的网格单元导人到ＡＮＳＹＳ中Ｆｉｇ．５ＭｅｓｈｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆＰｒｏＣＡＳＴｔｒａｎｓｍｉｔｉｎｔｏＡＮＳＹＳ
３利用ＡＮＳＹＳ对轮毂进行结构分析
在轮毂中间凸台面施加所有自由度约束．于轮辋外侧轴向由外向内８０％处施加径向载荷，具体数值为８０００Ｎ，计算结果如图６所示．
图６仅施加径向载荷的等效应力分布
Ｆｉｇ．６Ｖｏｎｍｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓｏｆｏｎｌｙｒａｄｉａｌｌｏａｄｗｈｅｅｌ
仅考虑铸造残余应力时，文中利用ＭＡＴＬＡＢ编写的“Ｅｘｃｈａｎｇｅ．Ｓｔｒｅｓｓ．ｍ”程序实现了将ＰｒｏＣＡＳＴ的应力文件转换为ＡＮＳＹＳ接受的应力文件的过程．将转换后的应力文件“ｉｎｓｔｒｅｓｓ．ｉｓｔ”作为初始应力文件加载到ＡＮＳＹＳ中轮毂单元的高斯点上．同样采用约束轮毂中间凸台面的所有自由度．计算其等效应力，结果如图７所示．
将应力文件作为初始载荷，加载到单元的高斯点上，于轮辋外侧轴向由外向内８０％处施加径向８０００Ｎ的载荷，约束同上，计算后得到等效应力，结
果如图８所示．　万方数据
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黼７仅施魏残余应力
Ｆｉｇ．７Ｏｎｌｙｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｌｏａｄｗｈｅｅｌ
图８同时施加残余应力和径向载荷
Ｆｉｇ。

８Ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒａｄｉａｌｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｏａｄｗｈｅｅｌ４讨论
表４对不同载荷下应力的极值进行了比较．仅施加径向载荷时，轮毂的等效应力最小值为０ＭＰａ，最大波力值为１１９。

００Ｍ毪（霓图６）；仅麓擒残余应力时，轮毂的等效应力最小值为Ｏ．９５ＭＰａ，最大应力值为５９．１０ＭＰａ（见图７）；图８给出了同时施加径离载荷和残余应力时轮毂的应力值，最小俊力１．２８ＭＰａ，最大值为１１７．００ＭＰａ．这样，考虑了轮毂的残余应力，使得等效应力最小值变大、最大应力值有所下降，说明节点主残余应力的方向与施加径惫载荷产生的等效应力的方向可能相同，也可能相反，如果两者方向相同，在节点处的应力叠加，从而该节点处觞应力值增大，方离不～致时剽撰互抵消，其等效应力减小．从总体上看，轮毂上的较大应力的范围扩大，即认为，在考虑了铸造残余应力后施加径向载荷，轮毂上的应力无论是数值还是方向都发生了重新分配，这样对轮毂应力的分析更加贴近事实．车轮从制造出来本身就存在着残余应力，其大小取决于锈造方法和消除疲力的手段，也受车轮形状和结构本身的影响．当车轮被安装到车上后，车轮便承受着整车垂攫方向的是重力。

这麟于静态应力．由予残余应力和车辆重力的方向并非都一致，所以车轮装车后原始状态的受力情况应该足两种力的叠加，“叠加”的结果如图９所示，这种现象符合上述摸拟结果的“叠加”关系，这就是车轮在安装后形成的“初始动态应力”‘１｜．
表４不曩载芬条馋下豹应力壤蓬的毙较Ｔａｂ．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｍｉｎｍｕｍａｎｄｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｗｅｉｇｈｔｓ
载赫情况最小应力／ＭＰａ最大应力／ＭＰａ
图９车轮静态初始应力分布
Ｆｉｇ．９Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｗｈｅｅｌ’ｓｉｎｉｔｉａｌｓｔａｔｉｃ８ｔｒｅ￥８
５结论
（１）利用ＰｒｏＣＡＳＴ软件对某低压铸造的铝合金轮毂产品的铸造过程进行数值模拟，运算爝碍到了轮毂铸件的铸造残余应力，透过开发的接麓程序把轮毂铸件的有限元网格的节点信息、单元信息和各节点的应力值输入到ＡＮＳＹＳ软件中，利用ＡＮＳＹＳ进行后续的结构分析计算。

（２）利用ＡＮＳＹＳ软件进行考虑残余应力的铸造零件结构分析是有效的．通过开发的接嗣程序，可以对含有铸造残余应力的轮毂铸件迸行其他各种加载分析，分析的结果更加符合铸件的实际情况，验证了盎于残余应力和车辆重力的方向并非都一致，受力情况应该是两种力的叠加，这种叠加可能是“相加”，也可能是“相减”的关系．
参考文献ｆＲｅｆｅｒｅｎｃｅｓｌ
［１］赵玉涛，中国汽车工业协会摩托车分会车轮委员会．锯舍金攀轮制造技术［刚。

二ｌ￡寒：执械王她出叛社，
２００４：１—２．　万方数据
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含有残余应力的铝合金轮毂应力分布状态分析
作者：赵玉涛， 苏大为， ZHAO Yu-tao， SU Da-wei
作者单位：江苏大学,材料科学与工程学院,江苏,镇江212013
刊名：
江苏大学学报（自然科学版）
英文刊名：JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)
年，卷(期)：2008,29(3)
1.韩雄伟;吴卫铝合金压铸模具温度场数值分析[期刊论文]-常熟理工学院学报 2007(04)
2.周玉辉;吴卫压铸过程温度场的数值模拟及其在ProCAST中的应用[期刊论文]-电加工与模具 2005(05)
3.赵玉涛高强度、高延性铝合金轮毂材料的研究 1996(06)
4.赵玉涛;陈刚高性能、低成本轻合金车轮的研究现状与发展趋势[期刊论文]-摩托车技术 2006(11)
5.谭建荣;吴培宁;张树有压铸件凝固过程温度场变化的计算机模拟[期刊论文]-农业机械学报 2002(02)
6.Li Peifeng;Lee Peter D;Maijer Daan M Through process modeling of aluminum alloy castings relating casting defects to fatigue performance 2006
7.Li Xinggang;Xie Shuisheng;Jiang Yunxi Rigid-visco-plastic finite element analysis on semi-solid thixoforming automobile wheel of AZ91D magnesium alloy 2004
8.Xiong Shoumei;Lau F;Lee W B Numerical methods to improve the computational efficiency of thermal analysis for the die casting process[外文期刊] 2003(1-3)
9.Sulaiman S;Hamouda A M S;Abedin S Simulation of metal filling progress during the casting process [外文期刊] 2000(08)
10.Jolly M R Cost benefits of solidification simulation to foundry users 1994(01)
11.刘强;蒋玉明;杨屹铸件铸造过程应力场数值模拟[期刊论文]-热加工工艺 2002(05)
12.Wang Yingchun;Wang Weiming;Li Dayong Simulation analysis of cooling capacity in mold during LPDC of magnesium wheel[期刊论文]-Journal of Shanghai Jiaotong University 2005(07)
13.Li Peifeng;Maijer Daan M;Lindley Trevor C A validated model of the cyclic stress state of an A356 automotive wheel and its impact on fatigue life 2006
14.熊守美;许庆彦;康进武铸造过程模拟仿真技术 2004
15.赵玉涛;中国汽车工业协会摩托车分会车轮委员会铝合金车轮制造技术 2004
本文链接：/Periodical_jslgdxxb200803009.aspx。