汽车钢圈疲劳强度的有限元分析与寿命预测

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1、朱红建（湖南信息职业技术学院，湖南望城410200）摘要:针对汽车钢圏动态弯曲疲劳问题，以某型号汽车钢圏为例，运用ANSYS软件建立了该钢圏的有限元模型，模仿其动态弯曲疲劳测试试验，对钢圈的疲劳强度进行了仿真分析。通过钢圈应力分冇情况的仿真试验，确定了钢圈上最易导致疲劳裂纹产生的危险点，然后用ANSYSFEZsafe对钢圈寿命法行预测，并与试验数据逬行对比。分析计算结果表明，汽车钢圈疲劳强度的有限元仿真分析是有效可行的.是钢圈前期设计开发的重要手段。关键词:有限元分析;汽车钢圈:疲劳强度;寿命预测中图分类号：TP391

2、19文献标志码：AFiniteElementAnalysis&LifeForecastfortheFatigueIntensityofAutomobileRimsZHUHongjian(HiinanCbllegeofInformation，Wangcheng410200，China)Abstract:Accordingtothedynamiccorneringfatigueofautomobilerims,thispaperappliedANSYSinbuildingthefi:niteelementmodelofth

3、erims,simulatingthedynamiccorneringfatiguetestandcountingthefatiguelifetoanalyzethefaztigueintensityofrims.Fromtheresultoftherims’stressdistributingsimulation，decidedthecriticalpointwhichiseasytccausefatiguecrack.Then，forecastedtherims’lifebyANSYSFELsafc,andcomp

4、areswiththetestdata.TheresultsdenuonstratedthatI;EM2simulationisanefficientapproachtorealizethestrengthdesignofautomobilerimsandisveryimportantoadvanceddesign.Keywords:Finiteelementanalysis,Automobilerims,Fatigueintensity，Lifeforecast汽车钢圈是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，它与轮胎共

5、同承受整车负荷.起着转向、驱动、制动等作用，是满足汽车安全高速行使的关键部件。由车轮受载荷情况及工况分析，汽车钢圏最主要的失效形式是疲劳破坏.因此钢圈的疲劳寿命是衡量车給质量的最重要指标，在设计阶段预测钢圈的疲劳寿命有着重要的意义。然而，传统汽车钢圈产品设计的方法和手段有一定的局限性，不能在设计阶段对钢圈寿命进行较精确的模拟计算，只能等到实物试制出来，然后再根据弯曲疲劳试验的结果.进行设计和制造工艺的调整，产品设计周期长，设计成本较高，产品质量不可靠.难以实现设计的优化。计算机辅助工程的应用，为钢圈寿命预测提供了可靠的

6、手段，使设计人员在产品开发的初级阶段就可以进行仿真分析，得出相对可靠的预测寿命，缩短开发周期，而且可以减少新产品开发中涉及到的模具、产品试制和测试等方面的大量费用，能获得较好的经济效益，并能给汽车关键零部件的保养维护提供重要的参考数据，避免交通事故的发生。要建立准确的疲劳寿命预测方法，精确的有限元模型和充分的试验数据验证是必需的。本文以柳州某厂生产的载重汽车钢圈为例，就钢圈有限元分析展开研究，模拟汽车钢圈的弯曲疲劳试验，用ANSYS软件建立精确的有限元模型，得出钢圈结构的应力分布，预测其疲劳寿命，并与试验数据进行比较分

7、析，验证有限元分析的可靠性。1汽车钢圈的有限元模型从大量试验数据来看，汽车钢圈因弯曲疲劳造成失效的比例比径向疲劳要高得多，所以弯曲疲芙试验是检验汽车钢圈疲劳寿命的最主要方法。故要在设计阶段能较为准确地预测钢圈疲劳寿命.就应在软件中尽可能真实地模拟汽车钢圈弯曲疲劳诘验，根据钢圈动态弯曲疲劳试验中的加载和边界约束条件，建立钢圈的静态线性有限元模型。1.1汽车钢圈有限元模型的建立载重汽车的钢圈主要由轮辋、轮辐及弹性挡圈组成，装配或焊接成钢圈整体，配用于不同型号的载重汽车。为了便于对钢圏进行分析，首先利用PmE软件建立钢圈CA

8、D模型，建模过程中简化了一些不必要的倒角和倒圆，然后导入ANSYS软件，采用壳单元建立有限元模型，建立的钢圈有限元模型女［图1所示。由试验可知，钢圈发生疲劳破坏的位量一般不在弹性挡圈上，所以将弹性挡圈和轮辋建成一体。在建模中保留轮辐上通风孔的缺口和轮辋上的气口。由于轮辐是发生疲劳破坏的位置，因此右划分网格时，轮辐需要采用小的网格密