有限元分析在轮毂设计中的应用_王渭新

有限元分析在轮胎设计中的应用Richard Sturt(Ove Arup&Partners,英国) 摘要:计算机仿真为轮胎设计带来了革命性的发展。

有限元分析新技术,如LS2D YNA力学分析软件在轮胎设计中的应用,可以用虚拟样胎代替实物测试,缩短了新产品的上市周期并可大幅度减少开发费用,同时可为汽车生产厂提供详细的数据,从而满足整车设计工程日益提高的要求。

然而直到最近,也不能完全像实际试验那样来仿真轮胎试验。

轮胎模型的困难包括:轮胎结构的复杂性、轮胎内部的大变形、经常变化的接触条件和为了追踪轮胎在试验面上转动几圈所需要的大计算量。

有限元节点的高级性能(如LS2D YNA)和现代计算机的强大计算能力相结合提供了理想地模拟轮胎试验的可能性。

中图分类号:TQ33611 文献标识码:B 文章编号:100628171(2001)03201432031　滚动轮胎模型轮胎制造商利用滚动轮胎的有限元模型来评价和提高他们的设计水平。

滚动轮胎的有限元模型可以用来评价轮胎在不同载荷下的响应、断面变形、侧偏角和操作性能,还可以计算轮胎在障碍物上滚动时的应力和应变,对轮胎的耐久性进行预报并提供解决方案,并可为整车性能的优化提供数据。

2　软件选择本文中提到的模拟是在Ove Arup&Part2析时由于单元数目巨大而需要求解大矩阵的逆矩阵问题。

3　模型结构一个载重轮胎的模型图包括13000个单元。

胎面和胎侧采用转型单元,胎体采用壳单元。

每个壳单元都是由代表内衬层、帘布层、过渡胶层、缓冲层、胎圈包布层等的10～15层所组成,每层都定义了刚度和转角。

这种“层合壳”的优点是可以减少单元的数目,从而缩短程序运行的时间;缺点是引入了在断面厚度方向上随厚度而分布的应变的假设。

研究人员正在创建更加详细的模型,模型中每一个刚性层(帘线层、垫胶层等)都单独地划分成一层壳单元,而两者之间的橡胶层划分成砖型单元。

这种方法也正应用于胎冠的划分。

有限元分析在汽车前轮毂设计中的应用张武冠【摘要】用绘图软件UG建立汽车前轮毂的三维模型，并利用有限元分析软件Altair Hypermesh分别对前轮毂的静载工况、冲击工况、侧滑工况、紧急制动工况进行有限元受力分析，通过分析结果对该零件的设计进行评价及优化。

%In this paper, the three-dimensional model of the software UG to automotive front wheel hub, and use of finite element analysis software Altair Hypermesh the hub for static stess analysis, get the part of stress contours, provide a valuable reference for the rational design of part.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2016(018)003【总页数】3页(P44-46)【关键词】Altair Hypermesh;汽车前轮毂;有限元分析【作者】张武冠【作者单位】方盛车桥柳州有限公司，广西柳州 545006【正文语种】中文【中图分类】U46前轮毂是汽车车桥的一个重要部件，它连接制动盘或制动鼓，起到承载汽车、传递动力的作用。

随着有限元技术的发展，在产品的设计研发阶段运用有限元分析的技术，能大大的降低设计者时间，缩短产品的开发周期，降低产品的开发成本。

运用有限元分析软件Altair Hypermesh对汽车前轮毂进行有限元分析计算。

通过分析应力、位移云图，对应力过于集中的部位进行优化，从而提高前轮毂的使用性能。

2.1 前轮毂优化前有限元模型的建立利用UG建立前轮毂三维实体模型，如图1所示。

根据前轮毂装配情况，增加钢圈以及制动盘的UG简易模型，如图2所示。

2.2 网格划分将该结构模型导入有限元分析软件Altair Hypermesh，按照单元大象10mm，公差0.5mm对装配结构零件进行网格划分，如图2所示。

技术与实践154 / INDUSTRIAL DESIGN 工业设计有限元分析技术在汽车轮毂设计中的应用研究APPLICA TION RESEARCH OF FINITE ELEMENT ANAL YSIS TECHNOLOGY IN AUTOMOBILE WHEEL HUB DESIGN长春工业大学　李明　朱宝对需要仿真分析的几何结构数据进行几何清理，将几何特征进行适当的简化并划分成合适的网格，根据不同的几何结构可以选择不同的单元类型进行仿真，单元类型可以分为壳单元（Shells ）、实体单元（Solids ）、梁单元（Beams ）。

给处理好的网格定义材料属性，并根据真实的试验情况施加约束、载荷和工况（尽可能的接近实际试验状态）；(2)数据分析。

选用合适的数值求解器（不同的求解器对网格划分的要求不同）对处理好的网格数据进行求解计算；(3)计算结果后处理。

根据处理后的数据几何结构的可靠性进行评估，并对风险项进行优化设计；(4)再次验证。

对优化后的FEA 模型再次数据分析，验证优化后的设计方案是否规避了风险并且合理可靠。

有限元技术可以应用在工业生产过程中，比如工业产品零部件的强度分析，分析各部件在使用工况下是否满足材料的强度极限，提前发现风险点并进行优化改良，使得产品更加安全可靠。

现在，各大汽车制造企业都成立了自己的CAE 分析部门。

有限元分析技术已经成为汽车研发制造过程中不可或缺的一部分。

有限元技术可以在乘用车研发过程中主要有以下几个方向的应用：(1)结构分析，如白车身弯曲刚度分析、扭转刚度分析、安装点强度分析；(2) CFD 分析，如整车流场分析，发动机舱热流场分析；(3) NVH 分析，如动刚度分析、震动噪声分析等；(4)碰撞安全分析，如乘用车碰撞模拟实验、约束系统匹配分析、行人保护分析。

其中，轮毂作为汽车的重要承载部部件，其结构的可靠性极其重要。

2传统设计方法与有限元分析设计方法的对比分析2.1传统轮毂设计方法流程及其存在的问题在传统汽车轮毂设计过程中造型设计和结构设计是分开进行的。

《铝合金轮毂的力学性能及有限元分析》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，逐渐成为现代汽车的重要部件。

了解铝合金轮毂的力学性能及其在各种工况下的应力分布，对于提高轮毂的设计水平、保障行车安全具有重要意义。

本文将重点探讨铝合金轮毂的力学性能及利用有限元分析方法对其进行的深入研究。

二、铝合金轮毂的力学性能1. 强度与刚度铝合金轮毂的强度和刚度是衡量其力学性能的重要指标。

铝合金材料具有较高的抗拉强度和屈服强度，使得轮毂在受到外力作用时，能够保持其形状和尺寸的稳定性。

此外，铝合金轮毂的刚度也较高，能够有效地抵抗弯曲和扭曲等变形。

2. 耐腐蚀性铝合金具有良好的耐腐蚀性，能够抵抗化学物质和湿气的侵蚀。

这使得铝合金轮毂在恶劣的环境条件下，如潮湿、盐雾等环境中，具有较好的耐用性。

3. 疲劳性能铝合金轮毂在长期使用过程中，会受到循环载荷的作用，因此其疲劳性能显得尤为重要。

铝合金材料具有较好的抗疲劳性能，能够在循环载荷作用下保持较高的强度和刚度。

三、有限元分析方法在铝合金轮毂中的应用有限元分析是一种有效的数值模拟方法，能够模拟轮毂在各种工况下的应力分布和变形情况。

通过有限元分析，可以了解轮毂在不同载荷、不同速度、不同路面条件下的力学性能，为轮毂的设计和优化提供依据。

1. 建立有限元模型首先，根据铝合金轮毂的实际尺寸和结构，建立其有限元模型。

在模型中，需要考虑轮毂的几何形状、材料属性、边界条件等因素。

2. 加载与求解在有限元模型中，需要根据实际工况对轮毂进行加载。

加载包括各种载荷类型，如重力、惯性力、摩擦力等。

通过求解有限元方程，可以得到轮毂在各种工况下的应力分布和变形情况。

3. 结果分析通过对有限元分析结果的分析，可以了解轮毂在不同工况下的应力分布、变形情况以及潜在的失效模式。

这些信息对于优化轮毂的设计、提高其力学性能具有重要意义。

四、结论铝合金轮毂的力学性能及有限元分析对于提高轮毂的设计水平、保障行车安全具有重要意义。

《铝合金轮毂的有限元分析》篇一一、引言铝合金轮毂是现代汽车工业中广泛应用的重要部件之一。

随着汽车行业的飞速发展，对于车辆轻量化、耐用性和安全性的要求也日益提升。

因此，铝合金轮毂以其优良的物理性能和经济性得到了广大制造商的青睐。

然而，在实际使用中，铝合金轮毂的设计和生产需要充分考虑其复杂的工作环境和各种潜在风险。

因此，采用有限元分析（FEA）对铝合金轮毂进行性能分析和优化显得尤为重要。

二、铝合金轮毂的有限元模型建立1. 材料属性定义在有限元分析中，首先需要定义铝合金轮毂的材料属性。

这包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度等关键参数。

这些参数将直接影响模型的力学性能和应力分布。

2. 几何模型建立根据铝合金轮毂的实际几何形状和尺寸，建立精确的几何模型。

在建模过程中，应充分考虑轮毂的复杂结构和细节特征，以确保分析的准确性。

3. 网格划分将几何模型划分为适当的网格是有限元分析的关键步骤。

网格的划分应考虑到计算精度和计算效率的平衡，确保在关键区域有足够的网格密度。

三、铝合金轮毂的有限元分析1. 载荷和边界条件设置在有限元分析中，需要设置载荷和边界条件。

载荷包括车辆行驶过程中的惯性力、摩擦力等；边界条件则涉及到轮毂与轮胎的连接方式、约束等。

这些条件的设置将直接影响分析结果的准确性。

2. 应力分析通过有限元分析，可以获得铝合金轮毂在各种工况下的应力分布情况。

这包括静态应力、动态应力以及交变应力等。

分析结果将有助于评估轮毂的强度、刚度和耐久性。

3. 模态分析模态分析可以获取铝合金轮毂的振动特性，如各阶模态频率和振型。

这对于评估轮毂在复杂工作环境下的动态性能具有重要意义。

四、结果与讨论通过对铝合金轮毂的有限元分析，可以得到以下结论：1. 铝合金轮毂在各种工况下的应力分布情况，为优化设计提供依据；2. 模态分析结果有助于了解轮毂的动态性能，为降低振动和噪声提供参考；3. 通过对比不同设计方案的有限元分析结果，可以找到最优的设计方案，提高轮毂的性能和寿命；4. 有限元分析还可以用于评估铝合金轮毂在复杂工作环境中的潜在风险，为生产制造提供有力支持。

《铝合金轮毂的有限元分析》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、良好的抗腐蚀性等优点，在汽车行业中得到了广泛的应用。

然而，轮毂作为汽车的重要部分，其结构和性能对汽车的行驶稳定性和安全性具有重要影响。

因此，对铝合金轮毂的结构进行准确的分析和优化显得尤为重要。

本文通过有限元分析方法，对铝合金轮毂的结构性能进行了深入的研究。

二、铝合金轮毂的有限元模型建立1. 模型简化与假设在进行有限元分析前，需要对铝合金轮毂的实体模型进行简化。

简化过程中，我们假设轮毂的材料是均匀且各向同性的，忽略微小的不规则形状和细节。

同时，我们忽略了轮毂制造过程中的工艺影响，如铸造缺陷、热处理不均等。

2. 网格划分在有限元分析中，网格的划分对分析结果的准确性具有重要影响。

我们采用高精度的四面体网格对铝合金轮毂进行划分，确保在关键部位如轮辐、轮缘等处的网格足够细密。

3. 材料属性定义铝合金轮毂的材料属性包括密度、弹性模量、泊松比、屈服强度等。

这些参数的准确设定对分析结果的准确性具有重要影响。

我们通过实验测定和文献查阅，获取了准确的材料属性。

三、有限元分析过程1. 边界条件设定在有限元分析中，边界条件的设定是关键的一步。

我们根据实际情况，设定了轮毂的约束条件和载荷条件。

如，轮毂与轴承的接触部位设定为固定约束，而轮毂所受的力则通过力载荷或压力载荷的方式进行施加。

2. 应力与应变分析通过有限元分析软件，我们对铝合金轮毂进行了应力与应变分析。

在各种工况下，如制动、加速、转弯等，对轮毂的应力与应变进行了详细的计算和分析。

通过分析结果，我们可以清楚地看到轮毂的最大应力和应变位置，为优化设计提供依据。

四、结果与分析1. 应力与应变分布情况通过对铝合金轮毂的有限元分析，我们得到了其应力与应变的分布情况。

结果显示，轮毂在制动等工况下，应力主要集中在轮辐和轮缘的交界处，而应变则主要发生在轮缘部位。

这为我们提供了优化设计的方向。

汽车轮毂有限元分析汽车轮毂有限元分析是通过应用有限元方法进行轮毂结构的分析和优化。

有限元方法是一种数值分析方法，可以将复杂的连续体结构分割成为许多小的有限元单元，对每个小单元进行离散化的计算，再通过组装这些小单元，来近似求解整个结构的力学行为。

轮毂在汽车中发挥着关键的作用，不仅需要具备足够的强度和刚度，还需要考虑到其重量和制造成本。

为了实现更好的性能，有限元分析可以提供大量的设计数据和结构应力分布，从而帮助设计师确定最佳的轮毂结构。

有限元分析通常包括以下步骤：1.几何建模：通过将轮毂几何形状离散成小单元，建立起有限元模型。

这一步需要使用专业的CAD软件进行建模，以准确地描述轮毂结构。

2.材料建模：根据轮毂的实际材料特性，选择合适的材料模型，并设定材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等力学参数。

3.网格划分：将轮毂模型网格化，将轮毂分割成小的连续单元。

合理的网格划分可以提高计算精度和计算效率。

4.边界条件：根据实际情况，设定边界条件，如轴承支撑力、轮胎压力等。

这些边界条件对于模拟真实工作状态和载荷非常重要。

5.载荷应用：模拟轮毂在实际使用过程中受到的各种载荷，如非均匀地面不平度、刹车力、加速度等。

6.求解方程：根据有限元法的基本原理，利用有限元软件对结构进行计算，求得轮毂在载荷下的应力、应变等力学响应。

7.结果分析：通过分析有限元计算结果，可以得到轮毂结构的强度、刚度、振动响应等重要性能参数，从而指导结构的优化设计。

在进行汽车轮毂有限元分析时，需要考虑到轮毂结构的复杂性和工作条件的多样性，如静载、动载、冲击载荷等。

同时，还需要考虑到材料疲劳、裂纹扩展等影响轮毂寿命的因素。

基于有限元分析的汽车轮毂优化设计可以帮助设计师实现以下目标：1.轻量化设计：通过有限元分析可以对轮毂结构进行优化，减小重量，提高车辆的燃油经济性和操控性能。

2.强度优化：有限元分析可以帮助确定轮毂结构在各种工况下的应力水平，以确保轮毂具备足够的强度和刚度，避免因应力过高而导致的疲劳损伤。