本文關(guān)鍵詞：鋼制車輪與鋁合金車輪對(duì)比仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：車輪是汽車的重要旋轉(zhuǎn)零部件,行駛過程中汽車與地面之間所有的力均是通過車輪傳遞,車輪失效往往會(huì)造成災(zāi)難性的事故。過度的增加車輪壽命會(huì)使得車輪過重,不但會(huì)影響整車的燃油經(jīng)濟(jì)性、平順性等性能,還會(huì)急劇惡化車輪的散熱效果,增加爆胎機(jī)率,進(jìn)而影響整車安全性。所以車輪的質(zhì)量直接影響著人們的生命安全。本文針對(duì)某企業(yè)某款微型客車的鋼制車輪和鋁合金車輪因疲勞壽命值過大而嚴(yán)重影響整車平順性和燃油經(jīng)濟(jì)性等問題開展研究,力求在滿足企業(yè)所要求的車輪壽命前提下,盡可能提高整車綜合性能。主要研究工作與成果如下:(1)對(duì)兩款車輪生產(chǎn)與行駛中所受到的載荷進(jìn)行詳細(xì)討論,確定徑、側(cè)向載荷對(duì)車輪的疲勞性能影響較大。(2)在彎曲工況下,對(duì)兩款車輪分別建立有、無螺栓預(yù)緊力的兩種有限元模型。對(duì)比各組結(jié)果中的應(yīng)力分布規(guī)律,得出螺栓預(yù)緊力對(duì)鋼制車輪彎曲疲勞性能影響較大,而對(duì)鋁合金車輪的影響可以忽略,故簡(jiǎn)化模型中僅鋼制車輪保留螺栓預(yù)緊力。根據(jù)車輪彎曲疲勞分析結(jié)果,選擇鋼制車輪輪輻厚度、通風(fēng)孔直徑、鋁合金車輪輻條厚度、輻條掏料槽尺寸等為優(yōu)化參數(shù)。(3)在徑向工況下,詳細(xì)討論超彈性輪胎的受力特征與模擬參數(shù)選擇,并對(duì)兩款車輪分別建立保留、取消空氣壓力的有限元模型。對(duì)比各組模型中的應(yīng)力分布規(guī)律,得空氣壓力通過引起輪胎變形而使兩款車輪應(yīng)力分布急劇變化,故徑向載荷下兩款車輪受力特征不可簡(jiǎn)化。根據(jù)車輪徑向疲勞分析結(jié)果以及裝配特點(diǎn),兩款車輪輪輞可優(yōu)化參數(shù)只有輪輞厚度。(4)在隨機(jī)振動(dòng)工況下,建立Adams整車模型,模擬車輛在實(shí)際路面上的行駛情況。提取后車輪的路面激勵(lì),分別將兩款車輪的一階模態(tài)值與三倍載荷頻率值相比較,并結(jié)合車輪載荷特點(diǎn),選用隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析方法。根據(jù)分析結(jié)果,兩款車輪均在低頻載荷下?lián)p傷較大,為了降低車輪損傷,都需要提高一階模態(tài)值。提取鋼制車輪輻凸臺(tái)外擴(kuò)尺寸、輪輻鼓包過渡圓弧半徑、鋁合金車輪中心輪轂減重槽形狀與尺寸、輻條背腔線高度等,為優(yōu)化參數(shù)。(5)綜合以上優(yōu)化參數(shù),以拉丁超立方抽樣和正交實(shí)驗(yàn)法相結(jié)合對(duì)兩款車輪進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì),以實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)對(duì)兩款車輪建立響應(yīng)曲面優(yōu)化模型。以彎曲、徑向、隨機(jī)疲勞壽命為約束條件;以車輪質(zhì)量最小、一階模態(tài)值最大為目標(biāo);以鋼制車輪輪輻、輪輞厚度,凸臺(tái)外擴(kuò)尺寸,鼓包過渡圓弧半徑,鋁合金車輪背腔線高度,減重槽形狀尺寸等參數(shù)為設(shè)計(jì)變量;采用基因遺傳優(yōu)化算法,最終使得鋼制車輪質(zhì)量下降24.04%,模態(tài)值提升2.6%,鋁合金車輪質(zhì)量降低13.85%,模態(tài)值提高7.6%。
【關(guān)鍵詞】：車輪 彎曲疲勞 徑向疲勞 振動(dòng)疲勞 有限元分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.34
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 課題研究背景12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)14-16
• 1.3 本課題的提出、主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線16-19
• 第二章 車輪的受力分析19-26
• 2.1 車輪載荷分類19-20
• 2.2 內(nèi)部載荷所產(chǎn)生的力對(duì)車輪的影響20-22
• 2.3 外部載荷作用在車輪上的力對(duì)車輪的影響22-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 車輪彎曲疲勞分析26-48
• 3.1 車輪彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)法規(guī)介紹26-27
• 3.2 車輪彎曲靜力學(xué)分析27-38
• 3.2.1 車輪有限元參數(shù)選擇說明27-29
• 3.2.2 車輪不同加載方式的描述29-32
• 3.2.3 螺栓預(yù)緊力對(duì)鋼制車輪和鋁合金車輪的影響32-36
• 3.2.4 仿真結(jié)果分析36-38
• 3.3 車輪彎曲疲勞仿真38-47
• 3.3.1 疲勞循環(huán)載荷的確定40-41
• 3.3.2 材料S-N曲線描述41-43
• 3.3.3 零件疲勞壽命的影響因數(shù)43-45
• 3.3.4 車輪疲勞壽命結(jié)果分析45-46
• 3.3.5 車輪彎曲疲勞可優(yōu)化參數(shù)空間46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 車輪徑向疲勞分析48-66
• 4.1 車輪徑向疲勞實(shí)驗(yàn)法規(guī)介紹48
• 4.2 車輪徑向靜力學(xué)分析48-60
• 4.2.1 車輪有限元參數(shù)選擇說明48-50
• 4.2.2 車輪不同加載方式的描述50-53
• 4.2.3 輪胎充氣壓力對(duì)鋼制車輪和鋁合金車輪的影響53-57
• 4.2.4 仿真結(jié)果分析57-60
• 4.3 車輪徑向疲勞仿真60-65
• 4.3.1 疲勞循環(huán)載荷的確定60-62
• 4.3.2 零件S-N曲線確定62-63
• 4.3.3 車輪疲勞壽命結(jié)果分析63-64
• 4.3.4 車輪徑向疲勞可優(yōu)化參數(shù)空間64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 車輪隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析66-87
• 5.1 車輪模態(tài)分析66-67
• 5.2 車輪振動(dòng)載荷提取67-78
• 5.2.1 微型客車多體動(dòng)力學(xué)建模67-70
• 5.2.2 基于Matlab諧波疊加法的三維虛擬路面建立70-77
• 5.2.3 車輪隨機(jī)載荷提取77-78
• 5.3 車輪振動(dòng)疲勞參數(shù)選擇78-83
• 5.3.1 載荷頻域轉(zhuǎn)換與耦合說明78-79
• 5.3.2 求解參數(shù)選擇說明79-80
• 5.3.3 隨機(jī)振動(dòng)傳遞函數(shù)與應(yīng)力分布80-82
• 5.3.4 零件S-N曲線修正82-83
• 5.4 車輪振動(dòng)疲勞壽命結(jié)果分析83-85
• 5.5 車輪振動(dòng)疲勞可優(yōu)化參數(shù)空間85-86
• 5.6 本章小結(jié)86-87
• 第六章 車輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)87-101
• 6.1 可優(yōu)化參數(shù)空間匯總87-88
• 6.2 優(yōu)化方案的提出88-90
• 6.3 響應(yīng)面近似模型的建立與驗(yàn)證90-94
• 6.4 優(yōu)化結(jié)果與驗(yàn)證分析94-100
• 6.5 本章小結(jié)100-101
• 第七章 總結(jié)與展望101-104
• 7.1 總結(jié)101-103
• 7.2 展望103-104
• 參考文獻(xiàn)104-107
• 致謝107-108
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文108

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