基于有限元法的铝合金轮毂耐冲击研究(1)

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1、基于有限元法的铝合金轮毂耐冲击研究摘要铝合金轮毂是汽车上的重要零件，质量轻，强度高和美观是对其主要的设计要求。运用有限单元法来分析轮毂结构可以很好地平衡这些设计要求，而铝合金轮毂的耐冲击性是设计中主要的强度指标。轮毂受冲击的过程属于有限元法中的接触碰撞问题，它是集材料非线性，几何非线性和界面非线性的高度非线性行为。本论文以三维造型软件UG和非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA为工具，建立了包括铝合金轮毂，轮胎和冲击块在内的非线性有限元力学模型。有限元模型的建立考虑了轮毂和轮胎在冲击过程中实际受力的情况；结合试验定义了铝合金的

2、材料参数；依照ANSYS/LS-DYNA接触算法中罚函数方法的要求定义了轮毂与冲击块和轮胎与冲击块的接触；同时根据轮毂各部位的结构和功能特点在有限元网格划分时运用了分块划分的方式，大大降低了单元和节点数量，提高了计算效率。对所建立的非线性有限元模型进行数值模拟和仿真，得到了冲击块I的位移，速度，加速度和系统能量变化曲线以及轮毂各部位应力分布变化情况。以实际试验对冲击块在两个特定冲击点的下落时间进行了验证，研究了不同材料特性对应力分布的影响，对危险部位失效的可能性进行了预测，以实际冲击试验对两个不同冲击部位进行试验验证。该有限元模型的建

3、立和分析方法为轮毂设计人员在前期开发时提供了有益的思路。关键词：铝合金轮毂，非线性，有限元法，冲击IIALLUMINUMALLOYWHEELANTIIMPACTPROPERTYSTUDYBASEDONFINITEELEMENTMETHODEABSTRACTAluminumalloywheelisanimportantautomotivepart.Lightmass,highstrengthandbeautifulappearancearethemaindesignrequirementsforaluminumalloywheels.F

4、initeElementMethodisusedtoanalyzethewheelstructure,whichcaneffectivelybalancethosedesignrequirements,whileanti-impactpropertyisthemainstrengthindicatorofthedesign.ThewheelimpactprocedurebelongstothecontactandhitcategoryofFiniteElementMethod,itbehaveshighlynonlinearwhich

5、consistsofmaterialnonlinear,geometrynonlinearandinterfacenonlinear.ThethreedimensionalmodelingsoftwareUGandfiniteelementanalysissoftwareANSYS/LS-DYNAareusedasthetooltoestablishthenonlinearfiniteelementmechanicsmodelwhichincludesaluminumalloywheel,tireandstriker.Theestab

6、lishmentofthefiniteelementmodelconsiderstheactualIIIload.Aluminumalloymaterialpropertyisdefinedwithactualtestdata;themodelanditsconstraintareproperlysimplified;striker&wheelcontactaswellastire&strikercontactaredefinedbasedonpenaltymethodofcontactarithmeticinANSYS/LS-DYN

7、A.Andaccordingtothefeatureandfunctionondifferentportionofthewheel,meshingisappliedseparately.Bythisway,theelementandnodequantityisextensivelydecreased,thusthecalculationefficiencyishighlyimproved.Bymeansofthenumericsimulationoftheestablishedmodle,thedisplacement,velocit

8、yandaccelerationcurvesofthestrikerandthechangeddistributionofthestressonthewheelareobtained.Thefallingtimebetw