基于有限元法的铝合金轮毂耐冲击分析 (1)

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1、上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：方伦浩日期：2008年5月13日1上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允

2、许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：方伦浩指导教师签名：顾力强日期：2008年5月13日日期：2008年5月13日2上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1课题的工程背景汽车行业是全球竞争最激烈的行业之一,多年来欧美的企业一直占有主导地位,近几年来却悄悄地发生着变化。丰田汽车公司

3、（Toyota）全球的汽车销售量在2006年首次超过通用汽车(GeneralMotor)，成为汽车行业的老大。这标志着以通用，福特(Ford)，戴姆勒-克莱斯勒(Daimler-Crysler)为代表的美国公司在激烈的市场竞争中全面败给了以丰田，现代（Hyundai）公司为代表的韩日企业。这其中有一条很重要的原因是美国汽车笨重，耗油而日韩汽车轻巧，省油。国际原油价格最近迅速上涨，从2000年初的大约20美元一桶上升至最高近100美元一桶，近期虽有所回落，但仍徘徊于90多美元一桶。能源价格的上涨拉动了对汽车

4、节能的需求。在我们国家，在税收方面也给予低能耗的汽车予以优惠政策，以抑制能源的低成本消费。汽车重量的减轻，可明显降低因克服摩擦力做功而消耗的能源。汽车的轻量化正成为当前研究的一个重点，铝因密度约为铁的1/3，强度也不逊色，铝合金在汽车上的应用也越来越成熟，其中铝合金轮毂是在汽车上的第二大用途。[1]铝合金车轮与钢轮相比，除美观，舒适，节能外还具有如下优势(1).非载荷质量小，从而提高了抓地性，表现出更为精确的转向动作和更好的转弯性能(2).惯性小，改善了加速度和制动性，铝合金具有良好的导热性，提高了制动系

5、统的散热性能，大幅度降低了由高热导致的制动失灵。(3).铝的高硬度使轮毂增加了刚性，减小了过弯路时轮毂和轮胎的倾斜。(4).铝作为良好的热导体有利于将制动产生的热量迅速释放，从而降低因高热而产生的制动失灵。另外，铝合金轮毂还有耐腐蚀，成型性好，减震性能好，轮胎寿命长，尺寸精1上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论准，平衡好，加工精准，材料利用率高等显著优点，符合现代汽车安全，节能，环保三大主题要求。这对降低汽车自重，减少油耗，减轻环境污染与改善操作性能等[2]有着重大意义，因此铝合金已成为汽车车轮的首选材

6、料。目前使用铝合金轮毂替代钢铁轮毂已成为不可逆转的趋势,而几乎现今所有的轿车和轻型汽车均采用铝合金[3]轮毂，据统计，轿车使用铝合金的车轮的比例高达90%以上。尽管铝合金车轮相比钢轮有很多优点，但由于铝较脆，易产生小裂纹，对车辆安全存在隐患，特别是轮毂不仅作为汽车重要的结构零件，又是外观件，安全件，除了轻量化的要求外，还需要美观，牢固。要使轮毂和谐地达到轻量，美观，牢固的要求，这对设计人员来说往往挑战很大，这是因为它们三者之间往往互为矛盾，通过传统的经验设计方法很难找到最佳平衡点，用计算机辅助工程（Com

7、puterAidedEngineering,简称CAE）则是一个非常有效的手段。最近几年，一方面国内铝合金轮毂企业受到有色金属原材料价格迅速上涨和汽车零件价格下降的双重压力而受到了很大的冲击，另一方面国内激烈的市场竞争需要加快新车的上市速度，抢占市场制高点，这就要求零部件企业缩短研发和交货周期。而通过CAE则可以优化产品设计，提升质量，和成本的竞争力，对铝合金轮毂来说确保轮毂有足够的强度，或者在确保有足够强度的前提下减少材料的使用量。另外可通过CAE实现虚拟制造（VirtualManufacturing)

8、，减少模具开发周期以确保准时甚至提前交样。以上这些都将改[4]善质量Q(quality),交期D(delivery),成本C(Cost)来提升企业的竞争力。就铝合金轮毂的CAE来说，有限单元法（FEA，FiniteElementAnalysis）是最常用的数学工具，本文将主要就有限单元法在铝合金轮毂上的应用展开研究。1.2国内外相关文件综述近三十年来，随着计算机的普及，有限单元法在许多实际运用如建筑，汽车，石化，军工，航天等领