本文關(guān)鍵詞：鋼制車輪疲勞性能分析及輪輻旋壓成形工藝參數(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 鋼制車輪 應(yīng)力分析 疲勞壽命預(yù)測 形狀優(yōu)化 旋壓工藝

【摘要】：車輪是汽車重要的傳動部件,其質(zhì)量對汽車的行駛性能和安全性具有直接影響。無內(nèi)胎鋼制車輪因其生產(chǎn)成本低、承載能力強(qiáng)等特點,大量應(yīng)用于商用載重車輛。因車輪在服役中主要失效形式是疲勞破壞,故準(zhǔn)確地預(yù)測車輪疲勞壽命對提高車輪的設(shè)計制造水平具有重要意義。同時,在鋼制車輪生產(chǎn)工藝中,輪輻旋壓成形是影響鋼制車輪產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工序。因此,對車輪疲勞性能和輪輻旋壓工藝進(jìn)行研究具有重要的理論與現(xiàn)實意義。本文對多種型號車輪進(jìn)行了彎曲疲勞試驗,測得了車輪的疲勞壽命,確定了車輪疲勞裂紋發(fā)生位置；基于ANSYS Workbench軟件建立了多種型號車輪彎曲疲勞和徑向疲勞試驗過程的有限元分析模型,分析了車輪在試驗工況下的應(yīng)力分布情況,揭示了車輪通風(fēng)孔處的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和應(yīng)力循環(huán)規(guī)律�；谲囕喥谠囼炦^程的有限元分析結(jié)果,研究了將疲勞分析軟件Fe-safe與有限元分析相結(jié)合應(yīng)用于車輪疲勞壽命預(yù)測的方法,采用了多種疲勞壽命算法和平均應(yīng)力修正方法計算了車輪疲勞壽命；通過與車輪疲勞試驗結(jié)果的對比,確定了誤差最小、準(zhǔn)確性最高的疲勞壽命預(yù)測方法,研究發(fā)現(xiàn)臨界面法相比常用的名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力—應(yīng)變法具有更高的預(yù)測準(zhǔn)確性,名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力—應(yīng)變法的預(yù)測誤差約為147%,而臨界面法的預(yù)測誤差僅為12.7%。通過對兩種具有不同形狀輪輻的同型號車輪的對比研究,分析了不同輪輻形狀對試驗工況下車輪應(yīng)力水平和疲勞壽命的影響規(guī)律；研究了采用Optistruct軟件將拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)應(yīng)用到輪輻截面形狀優(yōu)化的方法,基于各向正交罰材料密度法將輪輻設(shè)計空間內(nèi)單元的密度作為優(yōu)化變量,在彎曲疲勞和徑向疲勞試驗載荷下,以輕量化為目標(biāo),以最大等效應(yīng)力為約束條件,獲得了輪輻截面最佳傳力路徑,給出了輪輻的最優(yōu)截面形狀�；谟邢拊治鲕浖嗀BAQUS,本文研究了輪輻旋壓過程有限元建模方法,有效提高了計算效率。根據(jù)ABAQUS軟件的特點,通過將坯料的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為旋輪的公轉(zhuǎn),從而能夠?qū)①|(zhì)量縮放系數(shù)設(shè)置成較大數(shù)值同時避免虛擬慣性力對分析結(jié)果的不良影響,進(jìn)而實現(xiàn)了增大計算迭代步長,建立了能夠大幅度縮短計算時間的輪輻旋壓過程有限元模型,與傳統(tǒng)常見建模方法相比,將模型計算時間縮短了85%以上,使有限元分析技術(shù)更具工程實用性。研究了旋壓過程中的材料流動、板料壁厚變化、應(yīng)力場、應(yīng)變場等分布規(guī)律。通過試驗設(shè)計,研究了不同旋輪進(jìn)給軌跡、旋輪軸向錯距等參數(shù)對旋壓成形質(zhì)量的影響規(guī)律,優(yōu)化了旋輪進(jìn)給軌跡與旋輪軸向錯距的匹配。
【關(guān)鍵詞】：鋼制車輪 應(yīng)力分析 疲勞壽命預(yù)測 形狀優(yōu)化 旋壓工藝
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.34
【目錄】：

• 摘要13-15
• ABSTRACT15-17
• 第一章 緒論17-31
• 1.1 引言17-18
• 1.2 鋼制車輪產(chǎn)品特點及制造工藝18-19
• 1.2.1 鋼制車輪產(chǎn)品特點18-19
• 1.2.2 無內(nèi)胎鋼制車輪生產(chǎn)工藝流程19
• 1.3 車輪疲勞性能分析的研究現(xiàn)狀19-26
• 1.3.1 有限元分析19-21
• 1.3.2 疲勞壽命預(yù)測21-25
• 1.3.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化25-26
• 1.4 車輪成形工藝的研究現(xiàn)狀26-28
• 1.4.1 輪輻旋壓工藝26-27
• 1.4.2 輪輞滾型工藝27-28
• 1.5 目前研究存在的主要問題28-29
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容29-31
• 第二章 車輪疲勞試驗與有限元應(yīng)力分析31-59
• 2.1 引言31-32
• 2.2 車輪疲勞試驗32-37
• 2.2.1 車輪疲勞試驗方法32-34
• 2.2.2 失效判定34-35
• 2.2.3 彎曲疲勞試驗結(jié)果35-37
• 2.3 彎曲疲勞試驗過程有限元建模方法37-42
• 2.3.1 材料模型38-39
• 2.3.2 有限元離散模型39-40
• 2.3.3 邊界條件40-42
• 2.4 22.5×8.25型車輪彎曲疲勞試驗過程模擬結(jié)果42-47
• 2.4.1 應(yīng)力分析42-45
• 2.4.2 通風(fēng)孔區(qū)域局部應(yīng)力分布分析45-47
• 2.5 不同輪輻截面形狀對應(yīng)力水平的影響研究47-57
• 2.5.1 彎曲疲勞試驗過程有限元模型48
• 2.5.2 徑向疲勞試驗過程建模方法48-51
• 2.5.3 彎曲疲勞工況下輪輻形狀對車輪應(yīng)力水平的影響51-54
• 2.5.4 徑向疲勞工況下輪輻形狀對車輪應(yīng)力水平的影響54-57
• 2.6 本章小結(jié)57-59
• 第三章 車輪疲勞壽命預(yù)測及輪輻截面形狀優(yōu)化59-79
• 3.1 引言59
• 3.2 車輪疲勞壽命預(yù)測的相關(guān)理論59-64
• 3.2.1 常用疲勞壽命預(yù)測理論60-62
• 3.2.2 影響疲勞壽命結(jié)果準(zhǔn)確性的因素分析62-63
• 3.2.3 疲勞性能參數(shù)估算63-64
• 3.3 基于疲勞分析軟件Fe-safe的車輪疲勞壽命預(yù)測64-66
• 3.3.1 前處理技術(shù)64-65
• 3.3.2 后處理技術(shù)65-66
• 3.4 計算結(jié)果分析與討論66-72
• 3.4.1 平均應(yīng)力修正方法對疲勞壽命預(yù)測結(jié)果的影響66-67
• 3.4.2 疲勞算法對疲勞壽命預(yù)測結(jié)果的影響67-69
• 3.4.3 影響疲勞壽命的因素69
• 3.4.4 輪輻形狀對車輪疲勞壽命的影響69-72
• 3.5 輪輻形狀優(yōu)化72-76
• 3.5.1 無通風(fēng)孔輪輻的應(yīng)力分析72-73
• 3.5.2 輪輻截面拓?fù)鋬?yōu)化方法73-75
• 3.5.3 優(yōu)化結(jié)果分析與討論75-76
• 3.6 本章小結(jié)76-79
• 第四章 輪輻旋壓過程有限元建模方法及旋輪軌跡優(yōu)化79-107
• 4.1 引言79-80
• 4.2 旋壓過程有限元分析建模方法80-86
• 4.2.1 部件及裝配模型80-81
• 4.2.2 材料模型81
• 4.2.3 分析步設(shè)置81-82
• 4.2.4 接觸關(guān)系設(shè)置82-83
• 4.2.5 網(wǎng)格模型83-84
• 4.2.6 邊界條件設(shè)置84-85
• 4.2.7 改進(jìn)模型的邊界條件設(shè)置85-86
• 4.3 22.5×9.0型輪輻旋壓模擬結(jié)果分析86-95
• 4.3.1 改進(jìn)模型的有效性驗證86-89
• 4.3.2 兩種模型的計算時間對比89-91
• 4.3.3 旋壓力91-93
• 4.3.4 應(yīng)力應(yīng)變分析93-95
• 4.4 17.5×6.25型輪輻旋壓工藝方案制定95-99
• 4.4.1 坯料尺寸95-96
• 4.4.2 成形工藝分析96-97
• 4.4.3 進(jìn)給率97
• 4.4.4 旋輪軌跡97-99
• 4.5 17.5×6.25型輪輻粗旋輪進(jìn)給軌跡優(yōu)化99-105
• 4.5.1 軌跡優(yōu)化方案99-100
• 4.5.2 結(jié)果分析100-105
• 4.6 本章小結(jié)105-107
• 第五章 結(jié)論與展望107-109
• 5.1 結(jié)論107-108
• 5.2 展望108-109
• 參考文獻(xiàn)109-115
• 致謝115-116
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表116

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