汽车钢圈的疲劳强度分析与形状优化

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1、硕士学位论文汽车钢圈的疲劳强度分析与形状优化余泉指导老师欧笛声专业名称机械工程学科门类工学论文提交日期2015年6月8日分类号密级公开UDC学校代码10594硕士学位论文题目汽车钢圈的疲劳强度分析与形状优化英文题目AutomotiveSteelWheelFatigueStrengthAnalysisandShapeOptimization姓名余泉专业名称机械工程学科门类工学指导老师欧笛声论文提交日期2015年6月8日论文答辩日期2015年5月23日答辩委员会主席韦建军论文评阅人林家祥钱志超李旭俊广西科技大学硕士学位论文摘要摘要汽车钢圈对汽车行驶的安全性起着至关重要的作用，在设计使

2、用寿命内钢圈一定要安全可靠。为保证行驶安全，国家规定汽车钢圈在投入市场前必须通过径向疲劳试验和弯曲疲劳试验。某款新型产品通过了径向疲劳试验，但在弯曲疲劳试验中未达到设计循环次数轮辐表面就出现了裂纹。车轮厂亟需一种能够改进现有不合格产品并有效计算钢圈疲劳寿命的方法。本文以汽车钢圈的疲劳强度和形状优化为研究对象，借助有限元技术和正交试验设计，分析钢圈在弯曲疲劳试验中裂纹产生的原因以及提高钢圈疲劳强度的方法，实现在钢圈的设计阶段就能够预测其疲劳寿命，并提出形状优化方案。为达到以上研究目的，首先，对钢圈在实际使用过程中所受载荷进行分析，筛选对钢圈疲劳强度有较大影响的载荷，为有限元模型的简

3、化、载荷和边界条件的确定提供依据。其次，建立钢圈弯曲疲劳试验的静态有限元模型，在得到轮辐表面应力分布情况后通过应变测试进行验证。结合材料力学和疲劳理论分析轮辐的应力状态，用于研究裂纹产生的原因和提升钢圈疲劳强度的方法。之后，以轮辐横截面参数为设计变量，以提高钢圈疲劳强度为优化目标设计正交试验，通过直观分析法和方差分析法找出对钢圈疲劳强度影响较大的几何参数，并得到优化后钢圈的几何形状。最后，在疲劳耐久性分析软件中搭建钢圈疲劳寿命分析流程，使用名义应力法和局部应变法分别计算了优化后的钢圈在额定弯矩和超额弯矩作用下的疲劳寿命。本文借助有限元分析方法和正交试验对汽车钢圈的疲劳强度计算和形

4、状优化进行了研究。主要讨论了轮辐裂纹的产生原因和轮辐横截面参数中对钢圈疲劳强度影响较大的因素，并优化了不合格钢圈的几何形状，实现了在钢圈的设计阶段完成优化设计和疲劳寿命计算。关键词：汽车钢圈；裂纹；有限元；优化设计；疲劳；I广西科技大学硕士学位论文AbstractAbstractAutomotivesteelwheelplaysanimportantroleinvehiclesafetywhichmustbesafeandreliablewithinthedesignservelife.Thenationalstandardcommitteeclaimsthatsteelwhee

5、lmustpasstheradialfatiguetestandbendingfatiguetestbeforelaunchonthemarkettoensurethecarsafety.Anewtypeofsteelwheelhaspassedtheradialfatiguetestbutcrackoccuronthediscbeforesteelwheelattainthedesignservelifeduringthebendingfatiguetest.Steelwheelmanufacturerlongforthetechnologywhichcanoptimizeth

6、esub-qualitysteelwheelandcalculatethefatiguelifeofthesteelwheelefficiently.Thispapertakesteelwheelfatiguestrengthandshapeoptimizationasresearchobjects,withtheaidofFEAtechnologyandorthogonalexperimentaldesigntoanalyzethereasonsleadtocrackinbendingfatiguetestandcomeupwithmethodstostrengthenstee

7、lwheelfatiguestrength.Achievesteelwheelfatiguelifeandoptimumproposalinthephaseofdesign.Inordertoaccomplishaboveresearchobjects,firstly,analyzetheloadswhichsteelwheelsufferingintheactualutilization,thenscreeningtheloadswhichhasimportantimpacto