汽车钢圈疲劳寿命的有限元分析

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1、第7期机械设计与制造2011年7月MachineryDesign&Manufacture125文章编号：1001—3997(2011)07—0125—03汽车钢圈疲劳寿命的有限元分析术李冰耿雪霄黄位健(广西工学院机械工程系，柳州545006)ThefiniteelementanalysisofsteelwheelfatiguelifeLIBing，GENGXue-xiao2,HUANGWei-jian(DepartmentofMechanicalEngineering，GuangxiUniversityofTe

2、chnology，Liuzhou545006，China)【摘要】钢囤是位于轮胎和车轿之间承受负荷的旋转部件，其作用是安装轮胎，承受轮胎与车轿之间各种作用力和力矩，对汽车行驶的安全性、稳定性、平顺性和牵引性均起着重要的作用。基于名义应力法的分析过程及有限元分析软件，探讨了钢图弯曲工况下结构强度及疲劳寿命预估的方法。通过理论计算、实际使用情况及弯曲疲劳试验的结果验证了所提方法的正确性，所提方法可在产品设计阶段就预测设计产品的使用寿命及结构特点，为钢圈的设计及优化提供依据。关键词：钢囤；疲劳寿命；有限元；名义应力法

3、【Abstract】Steelrimisoneofthemostimportantopponentsofautomobile，whichislocatedatrevolv-ingcomponentsbetweentireandsedanformountingtiresandbearingvariousforcesandmoments．There—foreitplaysanessentialroleinthesafety，stability，andridecomfortaswellastractionproper

4、tyforarun-ningautomobile．BasedontheanalyzingprocessofthenominalstressapproachandFEMsoftware，themeth-ods{0Testimatingfatiguelifeandstructuralstrengthofsteelrimunderbendingconditionisdiscussedinit．Comparingwiththeoreticalcomputationresuhandpracticalapplication

5、，themethodhasbeenprovedcor-rectlywhichmayestimatetheservicelifeandstructurefeattiresduringdesigningandprovidereferencerthedesignandoptimizationofsteelrim．Keywords：Steelrim；Fatigueanalysis；FEM；Nominalstressmethod中图分类号：TH16，U463文献标识码：A1引言分析的方法有：名义应力法、局部应力应变法和损

6、伤容限法目。其中，名义应力法适用于高周疲劳，所谓高周疲劳是指受应力幅的控制，钢圈是位于轮胎和车轿之间的旋转部件，其作用是安装轮循环应力较低，主导变形为弹性变形。局部应力应变法适用于低周胎，承受轮胎与车轿之间各种作用力和力矩，是汽车行驶系统的疲劳。受应变幅控制，循环应力较高，通常超过材料的屈服极限而使的重要部件，对汽车行驶的安全性、稳定性、平顺性和牵引性均起材料发生屈服，主导变形为弹性变形的疲劳称为低周疲劳。损伤容着重要的作用。钢圈主要工作在随机载荷作用下，所以疲劳破坏限法则是将断裂力学中的临界裂纹长度和裂纹扩展

7、速度综合考虑是钢圈最主要的失效形式，具统计资料表明，90％以上的钢圈破进行疲劳分析的分析方法。钢圈产品属于高周疲劳产品，因而选用坏为疲劳裂纹。因而钢圈疲劳寿命是影响钢圈质量的最重要的指名义应力法进行疲劳寿命分析，该方法的基本思想是：从材料的sI标，受到钢圈研制、设计人员的极大关注_l1。N曲线出发，再考虑各种影响系数的影响，得出零构件的s_N曲线，从疲劳寿命分析的理论出发，探讨了基于有限元的钢圈结并根据零构件的s_N曲线、载荷应力谱及累积损伤理论进行抗疲构强度及疲劳寿命预估的方法，力图实现在产品设计初期就能对劳

8、设计，其方法及步骤，如图I所示。钢圈疲劳寿命进行预估，提供指导钢圈设计的新方法和理论。楚堂萑婆蔓IlI旋舅谥2疲劳寿命分析理论l垫煎坌堑I累+2．1疲劳寿命分析的理论基础陌l塑垡网星l积损材料常规疲劳是指金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的j生质伤力学性能料S-N变化．这个术语特指那些导致开裂或破坏的性能变化目。当材料或结生曲线理构件危险部构受到多次重复变化的载荷作用后，材料或结构