本文關(guān)鍵詞：汽車用鋁合金車輪低壓鑄造過程的數(shù)值模擬及其疲勞性能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《江蘇大學(xué)》 2009年

汽車用鋁合金車輪低壓鑄造過程的數(shù)值模擬及其疲勞性能分析

周堃  

【摘要】： 鑄造過程計(jì)算機(jī)模擬與仿真同結(jié)構(gòu)有限元分析技術(shù)是信息科學(xué)、材料科學(xué)、工程力學(xué)及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等各種學(xué)科的交叉科學(xué),是先進(jìn)制造科學(xué)的重要前沿領(lǐng)域。針對(duì)傳統(tǒng)憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)制造車輪的過程中存在設(shè)計(jì)造型盲目性大、鑄件成品率低、檢測(cè)周期長(zhǎng)的問題,本論文采用了計(jì)算機(jī)輔助造型技術(shù)及有限元分析方法,研究了車輪從初始造型設(shè)計(jì)到鑄件生產(chǎn)過程數(shù)值模擬,最后到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)疲勞性能分析的全過程,這樣能夠迅速發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中存在的問題,通過優(yōu)化設(shè)計(jì),提高產(chǎn)品成品率同時(shí)改善結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)以縮短開發(fā)周期、降低成本,主要研究?jī)?nèi)容如下: 1、詳細(xì)分析了車輪造型設(shè)計(jì)的組成要素,考慮了車輪造型設(shè)計(jì)中所涉及的各種要求和標(biāo)準(zhǔn),并通過三維造型技術(shù)對(duì)車輪實(shí)體建模,在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)了現(xiàn)代CAD建模技術(shù)的特點(diǎn)。 2、結(jié)合SU0011車輪的開發(fā)和制造要求,對(duì)其實(shí)際低壓鑄造過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,計(jì)算了車輪充型和凝固過程中的流場(chǎng)和溫度場(chǎng),預(yù)測(cè)了縮孔、縮松等缺陷,并就缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析,然后提出改進(jìn)方案,優(yōu)化了產(chǎn)品制造工藝,滿足高鑄造成品率的實(shí)際生產(chǎn)要求。 3、針對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中忽略的殘余應(yīng)力問題進(jìn)行了分析,計(jì)算了車輪鑄件的鑄造殘余應(yīng)力,通過開發(fā)的接口程序?qū)④囕喌挠邢拊W(wǎng)格信息和殘余應(yīng)力信息輸入到ANSYS中,利用ANSYS的結(jié)構(gòu)分析模塊對(duì)車輪進(jìn)行了加載計(jì)算,模擬了含有鑄造殘余應(yīng)力的車輪在裝車后形成的初始應(yīng)力現(xiàn)象。這樣的分析更符合鑄件的實(shí)際生產(chǎn)情況,對(duì)后續(xù)的工作具有指導(dǎo)性意義。 4、對(duì)鋁合金車輪的彎曲疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬,根據(jù)實(shí)際工況建立起車輪的有限元模型,在考慮鑄造殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)上研究了螺栓預(yù)緊力、旋轉(zhuǎn)離心力和試驗(yàn)彎矩對(duì)車輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響以及車輪結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。同時(shí),利用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力信號(hào)分析實(shí)際應(yīng)力分布狀態(tài),結(jié)果表明:計(jì)算值與實(shí)測(cè)值間誤差只有4%,有限元計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠,車輪結(jié)構(gòu)能夠滿足強(qiáng)度的使用要求,利用有限元技術(shù)從結(jié)構(gòu)使用強(qiáng)度上證明了車輪設(shè)計(jì)的合理性,同時(shí)對(duì)車輪結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)提出了修改方案,對(duì)車輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),做到節(jié)省材料的同時(shí)改善受力狀況。 經(jīng)某車輪有限公司的實(shí)際驗(yàn)證,本文進(jìn)行的汽車鋁合金車輪的造型設(shè)計(jì)、低壓鑄造過程數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化和疲勞強(qiáng)度模擬驗(yàn)證的研究工作,具有很好的應(yīng)用性、較大的通用性和工程實(shí)踐價(jià)值,在合作項(xiàng)目中,取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】：
【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】：2009
【分類號(hào)】：U463.34
【目錄】：

摘要5-7

ABSTRACT7-12

第一章 緒論12-25

1.1 選題意義12-16

1.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)值模擬技術(shù)的研究進(jìn)展16-20

1.2.1 鑄造數(shù)值模擬技術(shù)研究概況16-17

1.2.2 有限元技術(shù)應(yīng)用于車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展17-19

1.2.3 車輪疲勞性能的研究進(jìn)展19-20

1.3 ProCAST軟件介紹20-22

1.3.1 發(fā)展歷程20-21

1.3.2 ProCAST軟件的主要特點(diǎn)21-22

1.4 ANSYS軟件簡(jiǎn)介22-23

1.4.1 ANSYS的功能和特點(diǎn)22-23

1.4.2 ANSYS結(jié)構(gòu)23

1.5 本課題的主要研究?jī)?nèi)容23-25

第二章 車輪造型設(shè)計(jì)25-34

2.1 引言25

2.2 車輪造型設(shè)計(jì)的組成要素25-26

2.3 輪輞設(shè)計(jì)要求與標(biāo)準(zhǔn)26-28

2.4 車輪實(shí)體造型28-34

2.4.1 三維造型技術(shù)分析28-30

2.4.2 車輪的實(shí)體建模30-32

2.4.3 使用現(xiàn)代CAD技術(shù)建模的優(yōu)點(diǎn)32-34

第三章 車輪鑄造過程模擬及工藝優(yōu)化34-63

3.1 引言34

3.2 鑄件充型過程數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)34-39

3.2.1 充型過程的流體力學(xué)基礎(chǔ)34-37

3.2.2 粘性流體流動(dòng)的基本方程37-39

3.3 鑄件凝固過程數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)39-42

3.3.1 傳熱的三種基本方式40

3.3.2 熱傳導(dǎo)微分方程40-41

3.3.3 單值條件41

3.3.4 變熱物性參數(shù)41-42

3.4 鑄件凝固過程縮孔、縮松預(yù)測(cè)42-45

3.4.1 鑄件縮孔、縮松預(yù)測(cè)42-43

3.4.2 壓力條件下的縮孔、縮松預(yù)測(cè)43-45

3.5 低壓鑄造基本原理及特點(diǎn)45-48

3.5.1 基本原理45-47

3.5.2 工藝特點(diǎn)47-48

3.6 低壓鑄造SU0011車輪模擬的前處理48-54

3.6.1 SU0011型號(hào)車輪網(wǎng)格的劃分48-49

3.6.2 初始條件和邊界條件的確定49-50

3.6.3 低壓鑄造機(jī)壓力參數(shù)的設(shè)定50

3.6.4 分配材料50-51

3.6.5 求解溫度場(chǎng)時(shí)一些傳熱問題的確定及物性參數(shù)的選擇51-54

3.7 鑄造成型過程模擬及結(jié)果分析54-58

3.7.1 充型過程計(jì)算結(jié)果及分析54-55

3.7.2 凝固過程計(jì)算結(jié)果及分析55-57

3.7.3 鑄造收縮缺陷的計(jì)算結(jié)果及分析57-58

3.8 改進(jìn)方案及實(shí)際效果分析58-62

3.8.1 SU0011型號(hào)車輪結(jié)構(gòu)分析58-59

3.8.2 模具修改方案59

3.8.3 修改模具后模擬計(jì)算結(jié)果及其分析59-62

3.9 本章小結(jié)62-63

第四章 考慮鑄造殘余應(yīng)力的鋁合金車輪加載的有限元數(shù)值計(jì)算63-75

4.1 引言63

4.2 計(jì)算鑄造殘余應(yīng)力63-66

4.2.1 鑄造應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)63-66

4.2.2 鑄造應(yīng)力場(chǎng)的模擬計(jì)算結(jié)果66

4.3 ProCAST與ANSYS的連接66-70

4.3.1 ProCAST網(wǎng)格單元與ANSYS軟件的連接66-67

4.3.2 ProCAST計(jì)算生成的應(yīng)力文件與ANSYS的連接67-70

4.4 利用ANSYS對(duì)車輪鑄件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析70-74

4.4.1 無殘余應(yīng)力的鋁合金車輪外加載荷的應(yīng)力數(shù)值分析70-71

4.4.2 有殘余應(yīng)力的鋁合金車輪外加載荷的應(yīng)力數(shù)值分析71-73

4.4.3 比較分析73-74

4.5 本章小結(jié)74-75

第五章 有鑄造殘余應(yīng)力車輪的彎曲疲勞性能的有限元數(shù)值模擬75-87

5.1 引言75

5.2 車輪彎曲疲勞試驗(yàn)簡(jiǎn)介75-78

5.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品的選擇75-76

5.2.2 試驗(yàn)設(shè)備76-77

5.2.3 試驗(yàn)注意事項(xiàng)77

5.2.4 試驗(yàn)彎矩的確定77-78

5.2.5 試驗(yàn)失效判定依據(jù)78

5.3 車輪彎曲疲勞性能的有限元數(shù)值模擬78-85

5.3.1 車輪有限元力學(xué)模型的建立78-79

5.3.2 A356的材料特性79-80

5.3.3 載荷的處理80-82

5.3.4 殘余應(yīng)力的考慮82

5.3.5 模擬結(jié)果及分析82-84

5.3.6 車輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮84-85

5.4 實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較分析85

5.5 本章小結(jié)85-87

第六章 結(jié)論87-89

參考文獻(xiàn)89-94

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文94-95

致謝95

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【相似文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：汽車用鋁合金車輪低壓鑄造過程的數(shù)值模擬及其疲勞性能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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