基于ANSyS的汽车轮胎有限元分析

汽车轮胎的有限元阐述有限元分析法在对汽车轮胎力学结构进行分析之时，使研究工作达到了巅峰的阶段，这一分析方法在应用之时把汽车轮胎看作各向异性连接体，轮胎的构造与材质得到了简易的分析，同时能够将与轮胎相关的信息整体地呈现出来，进而完成对起初轮胎性能推测的目标。

目前有限元分析法在轮胎的充气形状和应力、载荷—位移曲线、接地面积和形状、轮胎的滚动阻力以及侧偏特性等方面都得到了广泛的应用，且取得了良好的应用效果。

1 汽车轮胎结构力学非线性有限元分析1.1 建设有限元汽车轮胎模型众所周知，汽车轮胎在地面运行的状态为滚动，在计算量上应用初始构形会产生很多弊端。

而有限元分析法的使用对轮胎模型进行建设之时有效地应用轮胎滚动构性这一参考构形，此时三维实体单元模拟的组成元素为以下种类：轮胎、轮惘及刚性路面；汽车有限元模型的建立健全，把轮胎运动的形式细化为刚体滚动和纯变形两类；而接触单元模拟成为表示轮胎与地面之间的相互作用的效果；胎面花纹沟被省略的同时细化网络将汽车轮胎接触区域周边的面貌呈现出来；三维超弹性模拟应用在轮胎胎面橡胶上；使用三维复合材料单元模拟的对象主要是胎体帘布层、带束层和冠带层；六面体八节点等参元模拟用于建设汽车轮胎结构；对于以上一切的单元，其均具有变形能力强、高硬度的特征。

1.2 对汽车轮胎承载部件受力情况的分析应用有限元分析法对195/651R489H型号的高速轿车子午线轮胎垂直加载这一工作状况下的结构进行分析。

因为汽车轮胎在垂直载荷的作用下，此时轮胎自体与地表接触时不是轴对称这是必然的结果，那么此时与轮胎相接触的地面区域势必会产生复杂多变的应力，且发生无规则的形变。

有限分析法在应用之时发现在接触底的中心轮胎胎体帘布层无应力产生，而当汽车轮胎与接地中心背离之时胎体帘布层受到了拉应力的作用，并且在接触区域的始末端拉应力的数值是最大的；有限元分析法在对汽车轮胎的带束层进行分析之时，发现其并不是在轮胎接地内、外区域均受到拉应力的作用，在接地区域内部其只受压应力，而产生压应力最大的位置依然是汽车轮胎接地区域的中心，并且轮胎第一带束层接地中心的压应力远远小于第二带束层，在接地区域的其他范围内第一、二带束层所受的压应力值基本一致。

基于ANSYS14.0汽车充气轮胎与地面接触的有限元分析王素粉【摘要】利用ANSYS14.0对汽车充气轮胎与地面接触部分进行有限元分析,利用流体静压单元研究出轮胎在滚动过程中,轮胎内空气与轮胎之间既流体和固体之间的耦合变化情况,得出不同时刻的位移图和等效应力云图.找出轮胎本体最大等效应力发生的地方.其分析结果对汽车轮胎、轮毂的设计提供了一定的理论依据.【期刊名称】《传动技术》【年(卷),期】2018(032)004【总页数】3页(P42-44)【关键词】有限元分析;充气轮胎;应力云图;位移云图【作者】王素粉【作者单位】三门峡职业技术学院机电工程学院,河南三门峡472000【正文语种】中文【中图分类】U463.340 引言随着汽车保有量及汽车种类的不断增加，汽车拥有者对汽车的各种性能要求也有了很大的提高，而对汽车的性能除了在汽车制造后上进行外，很多情况下是在汽车设计过程中进行分析的，本文利用ANSYS14.0对汽车充气轮胎与地面接触部分进行有限元分析，首先在ANSYS中构建轮胎实体模型和和轮胎内空气模型，并进行网格划分，创建流体静压单元，定义带控制点的接触对，主要为轮胎底面与路面的刚—柔接触。

施加载荷后求解，利用流体静压单元研究出轮胎在滚动过程中轮胎内空气与轮胎之间的流体和固体之间的耦合变化情况[1]，得出不同时刻的位移图和等效应力云图。

找出轮胎本体最大等效应力发生的地方。

其分析结果对汽车轮胎、轮毂的设计提供了一定的理论依据。

1 轮胎模型建立及网格划分本文所分析的对象是轮胎和道路之间的接触，在有限元分析软件ANSYS14.0中首先直接建立轮胎本体模型，所建立的几何模型尺寸为：轮胎厚度为5 mm，内半径为85 mm，整个轮胎的内半径为335 mm。

由于轮胎内的强化纤维为钢材料，假设轮胎内的空气为可压缩空气，使用HSFLD242单元模拟轮胎内的空气，因此选用PLANE183单元和SOLID186单元联合模拟轮胎。

基于ANSYS的火车车轮热应力有限元分析童乐1’2钟斌1’2陈刚1’2茆勇1’2邹强1’2高伟1’2(1.高性能轨道交通新材料及安全控制安徽省重点实验室;2.马鞍山钢铁股份有限公司）摘要火车刹车制动过程极易引发车轮热损伤，有必要对新设计车轮进行刹车制动过程的热应力分析。

利用AN SYS软件对新设计车轮进行热应力有限元分析，得出车轮在热载荷和静力载荷下的温度分布及应力分布情况，指导车轮的进一步优化设计。

关键词 热应力分析 A N S Y S溫度分布应力分布Finite Element Analysis of the Thermal Stress of Train Wheels Based on ANSYS Tong Le1,2Zhong Bin1,2Chen Gang1,2Mao Yong1,2Zou Qiang1,2Gao Wei1,2(1. Anhui Key Laboratory of High-performance Rail Transportation New Materials and Safety Control；2. Maanshan Iron & Steel Co. , Ltd.)Abstract The braking process of the train is very easy to cause the thermal damage of wheels. It is necessary to analyze the thermal stress of the newly designed wheels in the braking process. The thermal stress finite element anal­ysis of the new designed wheels was carried out by ANSYS software, the temperature distribution and stress distribu­tion of the wheels under heat load and static load were obtained* which guides the further optimum design of the wheels.Keywords thermal stress analysis ANSYS temperature distribution stress distribution〇前言目前，随着轨道车辆的运行速度及轴重的不断 增加，轨道车辆在高速行驶过程中所产生的动能也 在不断加大，这导致了在刹车制动过程中因闸瓦和 车轮踏面部位的机械摩擦而产生的热负荷引起的车 轮热损伤加剧[>4]。

胎面花纹有限元分析及其优化设计摘要:随着科技的日新月异，汽车工业得到了迅速发展。

汽车工业的发展预示着对汽车上相关部件的要求也越来越高，而轮胎是汽车与路面直接接触的部件，研究轮胎结构特性对研究汽车行驶安全性，以及轮胎的使用寿命都非常有必要。

现代社会的发展主题是节能、环保。

现代环保标准对轮胎的使用寿命的要求也越来越高，轮胎胎面磨损将导致轮胎提前报废，同时改变轮胎诸多的使用性能，因此胎面磨损越来越引起轮胎制造商和使用者的关注。

此文章基于Ansys Workbench软件，对轮胎胎面花纹进行结构优化设计，减轻轮胎质量，增加热流量速率，同时使得胎面应力分布更加均匀、合理，从而节省了材料，延长轮胎的使用寿命，降低轮胎的制造成本，具有很好的实用价值。

关键词:胎面花纹；磨损；有限元分析；优化随着经济的不断发展和科学技术的日新月异，社会对产品的要求越来越高。

相同，汽车工业的飞速发展也给汽车上相关零部件提出了更高的要求。

而轮胎与路面直接接触，是汽车中最重要的部件之一。

轮胎性能的优劣直接影响着汽车的驾驶性、透过性、舒适性和安全性。

然而车轮表面形状，即轮胎胎面花纹又与轮胎性能直接相关，在车轮设计的四大要素中胎面花纹是最复杂，也是最重要的。

它决定了车轮的抓地力、排水性以及噪声。

因此，改进胎面花纹的设计是提高轮胎质量的重要途径之一。

轮胎设计技术经历了从经验设计阶段、半定量设计阶段到现代设计阶段的发展历程。

目前而言，就胎面花纹结构对轮胎的磨损的影响的研究还是挺多的，大部分还是以经验公式作为轮胎磨损的评价指标。

本文是建立在Ansys Workbench有限元分析的基础上，以胎面花纹为研究对象，对轮胎结构进行有限元分析，达到优化胎面结构，在保证胎面压力均布的同时降低胎面温度。

借助前辈的经验得出轮胎磨损与胎面花纹结构、胎面温度以及压力分布之间的关系，从而在保证轮胎结构安全的前提下，减小轮胎胎面磨损，达到延长轮胎使用寿命的目的，具有很好的研究价值。

2019年14期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application基于ANSYS 的火车车轮静强度及疲劳强度有限元分析童乐，刘学华，张艳，钟斌（马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，安徽马鞍山243000）前言车轮是轨道交通车辆走行部分中关键零部件之一，承受着来自多方面的复杂的应力作用，例如，车轮、车轴是通过过盈配合的方式压装成轮对，轮轴装配部位不可避免的会产生应力作用，形成轮轴装配应力，在轨道交通车辆实际运行过程中，由于运行线路地形复杂，车轮承受着不同工况下轨道对其赋予的不同形式的动态载荷，形成复杂的动态应力。

不仅如此，车辆频繁的启动、刹车制动、拐弯、上坡等行为也对车轮所受到的应力作用产生很大影响。

当前，高速度、大载重是轨道交通车辆快速发展的方向，轮轨之间的作用力也随之不断增长[1-2]，因此车轮承受的应力作用变得更加复杂，车轮的设计强度很可能无法满足实际使用要求，车轮疲劳损伤等运行可靠性问题日益凸显。

因此，车轮在最初的轮型设计阶段有必要开展结构适用性分析，对车轮的设计强度进行校核[3-4]。

文献[5]仅对车轮的静强度做了分析，且其车轮为直辐板，本文研究的车轮采用的是S 型辐板。

目前，车轮强度校核主要是指依据UIC5l0-5标准和BS EN 13979-1标准进行车轮静强度和疲劳强度的校核分析，标准主要内容大致相同，对车轮在实际运行线路中普遍存在的直线工况、曲线工况和道岔工况进行了相关描述，并给出了对应不同工况所施加载荷大小的计算方法以及施加位置，同时对车轮有限元分析结果评价准则和方法也做出了规定[5-6]。

本文以典型的货运铁路车辆非动力整体车轮为研究对象，应用有限元仿真软件ANSYS 建立磨耗到限车轮的有限元模型，依据相关标准给出的载荷计算方法、施加位置和计算结果评定准则，建立车轮的静强度和疲劳强度校核有限元计算模型，获得不同工况下车轮的应力分布情况，对静强度和疲劳强度进行校核分析，为轮型设计提供依据。

2008年第4期车辆与动力技术Vehicle &Power Technol ogy总第112期文章编号:1009-4687(2008)04-0058-05基于ANS YS 的载重车辆轮胎失效仿真研究齐晓杰1,2,　于建国1(11东北林业大学交通学院,哈尔滨　150050;21黑龙江工程学院汽车工程系,哈尔滨　150050)摘　要:针对轮胎的主要失效形式,利用有限元法进行了失效仿真研究,主要进行了应力、应变及位移状况的分析,并对轮胎的寿命进行了预测.关键词:载重车辆轮胎;有限元分析;失效仿真;寿命预测中图分类号:U4631341+3 文献标识码:ASi m ul ati on Research on the Heavy 2duty Vehi cleTyre Fa ilure Based on ANS YSQ I Xiao 2jie1,2,　Y U J ian 2guo1(11The Traffic College,Northeast Forestry University,Haerbin 150050,China;21The Aut omobile Engineering Depart m ent,Hei L ongjiang I nstitute of Technol ogy,Haerbin 150050,China )Abstract:The finite ele ment failure si m ulati on research of tyres is achived t o their main failure f or m.The stress,strain and the dis p lace ment in the tyres are analyzed ,and the seruice life of the Tyres is f orecasted .Key words:heavy 2duty vehicle tyres;finite ele ment analysis;failure si m ulati on;life p redicti on收稿日期:2008-09-01作者简介:齐晓杰(1960-),男,在读博士,教授. 随着汽车技术水平的不断提高,载重车辆行驶的速度越来越快,交通越来越便捷,但同时道路交通事故给人民带来的伤害也越来越大.其中,一部分道路交通事故是由于载重车辆轮胎在高速重载情况下突然失效造成的.因此,研究载重车辆轮胎的力学特性,进行有限元失效仿真研究对提高交通安全具有重要意义.作者主要针对载重车辆轮胎在高速和重载条件下出现的失效形式,研究载重车辆轮胎的力学特性并进行有限元失效仿真研究与分析,获得载重车辆轮胎在不同压力场和温度场下的应力、应变分布状况,最后对轮胎的综合应力、应变分布状况进行了较为深入的分析研究,并对轮胎的寿命进行了预测,为进一步进行子午线轮胎的动态接触分析和结构优化设计奠定了理论基础[1,2].1　载重车辆轮胎主要失效形式载重车辆轮胎大部分用于专业运输系统,承载重,经常在较差路面上行驶.在高速和重载的工况下,常见的失效形式有:①轮胎胎面磨损,包括正常和异常磨损;②轮胎结构性损坏,包括因轮胎使用不当造成的结构性损坏和因车辆底盘技术状况不良造成的结构性损坏.前者表现为轮胎胎体断线穿洞破裂、帘线松散脱胶、线层与面胶脱离等失效形式;后者表现为极度异常磨损、机械擦伤或划伤等失效形式.损坏原因主要有:①当载重车辆速度过高或第4期齐晓杰等:基于ANSYS 的载重车辆轮胎失效仿真研究负荷过大时,轮胎所受载荷也急剧增大,致使轮胎内帘布层之间、帘布层与橡胶之间、内胎和外胎之间的磨损加剧,热量增多,温度升高.而橡胶在高温下的抗拉强度、耐磨性和粘结力均显著降低,最终造成轮胎的结构性损坏;②载重车辆轮胎运营里程过长又没有及时进行换位保养,轮胎经常处以单方向与路面摩擦,极易造成轮胎的不均匀磨损.2　载重车辆轮胎失效仿真研究与分析1)轮胎三维实体模型的建立及模型导入选用典型规格的10100R20载重子午线轮胎作为载体进行建模分析.构建轮胎模型主要使用拉伸、实体化、阵列、环形折弯、镜像、复制特征等工具,轮胎与地面装配模型如图1所示.ANSYS 在默认的情况下是不能直接对Pr o /E 中的pat 及as m 文件进行直接转换的,必须通过以下对ANSYS 设置连接过程进行激活模块:鼠标点击“开始→程序→ANSYS8.0→U tilities →ANS_ADM I N ”,选择configurati on op ti ons →OK,接下来的对话框顺序选取.Configurati on Connecti on f or Pr o /E →OK,AN 2SYSMulti physics &W I N 32→OK,完成后ANSYS 提示已在自己的安装目录中成功生成config anscon 文件,记下config anscon 的路径.在接下来出现的对话框中“Pr o /Engireer I nstallati on path ”选项后输入Pr o /E 的起始安装路径如“C:\Pr o -gra m Files \p r oe W ildfire 3.0”,“Language used with Pr o /Engi 2neer ”选项用默认的usascii,点击OK .出现对话框提示在Pr o /E 目录下建立了一个p r otk .dat 文件,点击确定完成配置.然后将config anscon 拷贝到Pr o /E 的安装路径.最后,将ANSYS 的路径追加到path,如“C:\Pr ogra mFiles \Ansys I nc \Shared Files \bin \intel ”运行Pr o /E,在Pr o /E 软件的工具菜单后面出现了ANSYS8.0,点击Pr o /E 中的ANSYS8.0按钮(如图2所示),子午线轮胎便导入ANSYS 中[3～6].图1　子午线轮胎三维模型图2　将子午线轮胎模型导入ANSYS 软件2)子午线轮胎的有限元失效仿真研究1)网格划分为精确分析接触区域的应力-应变场,对可能接触的胎圈区域进行网格细分,并且接地部分的网格划分得更细,划分密度为10.由平面网格旋转拉伸生成3/4三维模型,如图3所示.图3　网格划分2)模型特殊处理轮辋与胎圈的过盈配合:轮辋与胎圈是过盈配合,考虑到轮辋定位后的实际位置与定位前的胎圈是相交的,本模型先将轮辋沿轮胎轴线移动-40mm ,使轮辋与胎圈有一定间隙,再给轮辋定义一个沿轴向的位移(40mm ),通过定义接触边界条件来真实地模拟轮辋与胎圈的配合.在考虑轮辋的约束时,通过将钢丝圈上所有节点的6个自由度全部约束;当考虑路面对轮胎的约束时,将模型中的目标面(即地面)的所有自由度约束.试验中的下沉量从轮胎充气后的胎面位置开始计算,即充气过程中路面对轮胎没有约束.由于预先不知道充气后胎面的位置,为了真实地模拟试验,本模型将路面从胎面的初始位置沿径向向外移动(大于估计的胎面径向位移量),保证充气过程中路面对轮胎没有约束.3)边界条件的设定通过直接约束法解决接触问题.将轮辋和路面定义为刚体,给定轮辋沿轴向的位移和路面移向轴心的位移,将可能与轮辋、路面发生接触的单元定义为可变形体.・95・车辆与动力技术2008年4)载荷工况的设定对模型先后施加下述5种载荷:①轮辋定位载荷:通过轮辋沿轴向(X方向)的位移来实现;②充气压力:施加在轮胎的内表面;③静负荷:通过路面相对于轮胎轴心的下沉量来实现;④自由滚动:通过轮胎的扭矩控制;⑤稳态滚动:通过轮胎的转速控制.模拟的试验条件:充气压力为0184MPa、静负荷为25000kg(对应路面的下沉量为28mm),充气压力为0125MPa、静负荷为2940kg(对应路面的下沉量为10mm)两种情况.静负荷是充气后加上去的,即路面的下沉量是从轮胎充气后的位置计算的.滚动工况通过施加转矩来实现,在轮胎的中心轴处左右两侧端面约束X方向位移为0,对地面施加固定约束.在轮胎上施加实际工作时承载的重量40kg,在轮心处内表面节点施加恒定转速1313rad/s.考虑到轮胎与地面的摩擦作用,静摩擦系数取为0.7[7,8].首先建立起轮胎与地面的接触模型,定义接触对过程如图4所示.约束的建立及加载过程如图5、6所示.施加对称载荷的过程如图7所示.轮胎与轮辋间的接触换热用热-耦合分析方法来完成,热-耦合分析方法通过施加速度边界条件和施加热边界条件来实现.设置过程如下图8所示.图4　接触对的建立图5　建立约束(左)和施加均布载荷(右)图6　施加静载荷(左)施加扭矩(右)图7　施加对称载荷图8　施加速度(左)和热(右)边界条件3　仿真结论分析1)不同压力场下应力和应变静止工况下不同压力场的变形如图9所示,自由滚动工况下不同压力场的变形如图10所示,静止工况下不同压力场的应力如图11所示,自由滚动工况下不同压力场的应力如图12所示,轮胎不同层之间的应力关系如图13所示.图9　静止工况下的轮胎变形・6・第4期齐晓杰等:基于ANSYS的载重车辆轮胎失效仿真研究图10　自由滚动工况下的轮胎变形图11　静止工况下的接触应力图12　自由滚动工况下的接触应力图13　轮胎不同层间的应力 2)轮胎的应力关系分析由图可以分析出,在胎冠部中央张力最大,当胎体的约束程度提高时,胎体内的张力逐渐减小,而带束内的帘线所承受的力不断增大.分析结果表明,带束层受力的基本状况主要取决于充气压力,静负荷的作用主要在接地区里影响带束层的受力状况,而钢丝圈的应力几乎不受影响.3)整体分析由分析得到的结果可以发现施加静态载荷后,轮胎接地面内最大值并不出现在接地面中心,而是偏离中心节点.通过胎面位移随充气压力的变化关系可以看出,充气开始阶段胎面位移有波动,随着充气压力增大,胎面位移量增大,且与充气压力基本呈线性关系.4)接地区域分析由图可以看出,垂直位移主要集中在与地面接触的节点上,随着下沉量的增大,接地区域扩大,接触压力增大,并且接地区域近似为1/4椭圆形.随着下沉量增大,接触反力增大,并与下沉量近似呈线性关系.在一定下沉量条件下,随着充气压力提高,路面接触反力增大,并且两者基本呈线性关系.从轮胎断面变形前后的对照图中,可以看到带束层及胎体帘线产生了变形.接地区域轮胎中应变分布图显示了在带束层边缘和胎圈外侧应变较大,由此可以预测轮胎的滚动过程中,由于橡胶存在滞后损失,使这两个部位容易生热,并且散热较困难,致使温度较高.这与轮胎在实际工作过程中,经常出现肩空、肩裂和胎圈爆破是一致的.4　子午线轮胎的疲劳寿命预测通过以上有限元分析得到的变化规律,可以直观的观察与轮胎寿命相关的负荷、压力、速度和温度的变化趋势,从而可以预测出轮胎的使用寿命.当轮胎受随机载荷作用时,其疲劳寿命不能是各循环应力对应寿命的简单迭加,而需要运用一定的累积损伤法则将各应力引起的损伤累加起来,进行寿命计算.本研究采用M iner 线性累积损伤法则计算累积损伤寿命N ,其具体形式如下:N =∑mi =1n i /∑mi =1n iN i,(1)式中　n i 为每次运行中某种循环的循环次数;N i 为根据该循环的应力幅值考虑平均应力的影响,m 为统计出的应力循环种类数.汽车轮胎行驶过程中承受多种载荷的作用,但总的说来可以分为径向载荷和弯曲载荷两种,根据以往的轮胎试验,轮胎因弯曲疲劳造成破坏的比例很高,并且大多数同类型轮胎的疲劳裂纹都产生在轮辐螺母座附近,而径向疲劳造成破坏的比例相对较低,所以选择轮辐螺母座处在弯曲工况下进行寿命计算.在轮胎疲劳试验中,每个循环的最大主应力及最小主应力都分别有它们的最大值和最小值,利用公式(2)可求出当量应力在一个循环周期的幅值σra 和平均值σr m .σra =σ21a +σ22a -σ1a σ2a ,σr m =σ21m +σ22m -σ1m σ2m ,(2)式中　σ1a 为最大主应力在一个循环周期内的幅值;σ2a 为最小主应力在一个循环周期内的幅值;σ1m・16・车辆与动力技术2008年为最大主应力在一个循环周期内的平均值;σ2m为最小主应力在一个循环周期内的平均值.本研究通过对子午线轮胎进行了有限元失效仿真分析,当给轮胎施加25000N垂直载荷和8232 N侧向载荷时,得最大主应力平均值σ1m=35413 MPa,最大主应力幅值σ1a=63183MPa,最小主应力平均值σ2m=186164MPa,最小主应力幅值σ2a =86164MPa.将这些数据代入公式(2),可求当量应力幅值σra=77179MPa,当量应力平均值σ= 306198Mpa.5　结束语利用Pr o/E的强大建模功能建立了载重车辆轮胎三维模型,通过专用的模型数据接口技术将模型导入到ANSYS软件中进行有限元研究与分析,模拟了轮胎模型的受力特点并对轮胎的使用寿命预测进行了探讨,为进一步进行轮胎动态分析和结构优化设计制造奠定了理论基础.由于研究部分相关参数是参考典型规格的轮胎取得的,研究结论在实际应用过程中可能会有所偏差,应根据实际情况详加考虑.参考文献:[1]　崔慧萍,陈　丽.载重汽车轮胎的使用现状及今后的发展[J].橡胶科技市场,2006(22):4-5.[2]　王洪礼,任　炜,乔　宇.汽车轮胎动力学特性研究[J].机械强度,2004(3):345-348.[3]　李　科,傅洪芳.改进花纹设计轻型载重轮胎高速性能[J].轮胎工业,2001(3):131-134.[4]　恒盛杰资讯.Pr o/E NGI N EER中文野火版从入门到精通[M].北京:中国青年出版社,2007.[5]　张许红,赵　红,景世庭.7.50_1614PR混合花纹轻载轮胎的结构设计[J].轮胎工业,2005(4):206-208.[6]　吴小国,秦东晨.Pr o/E与ANSYS接口[J].现代制造技术与装备,2007(1):19-20.[7]　俞　淇,戴元坎,张　凯.静负荷下轮胎接地压力分布测试的研究[J].轮胎工业,1999,20(1):47-49.[8]　闫相桥.轮胎结构有限元分析应用于载重子午胎胎体反包高度的优选[J].复合材料学报,2001,15(4):4-9.(上接第53页)通过表2可知,有限元分析结果与试验分析能很好的对应,该有限元模型的建立具有一定的精度,有限元模型能很好的模拟白车身进行理论分析,模拟分析的结果能较为精确的反映白车身的结构特性.4　结　论白车身的一阶扭转频率值为2919Hz,一阶弯曲模态频率值为4615Hz,一般同类车一阶扭转频率值为25Hz左右,一阶弯曲频率为40Hz左右,因此可以认为该车具有较好的刚度性能,同时具有一定的优化设计空间.所建立的模态试验方法对同类车的开发具有实际价值和指导意义.参考文献:[1]　高云凯.汽车车身结构分析[M].北京:北京理工大学出版社,2006.[2]　蓝晓理.轿车车身的低阶模态分析[D].长春:吉林工业大学,2000.[3]　师汉民,谌　刚,吴　雅.机械振动系统[M].武汉:华中理工大学出版社,1992.[4]　刘生涛,杨凤鹏.精通Ansys[M].北京:清华大学出版社,2002.[5]　李　昊,陈　剑,赵旭东,等.商务车车身地板动态特性的试验研究[J].合肥工业大学学报,2004,27(11):1460-1463.[6]　刘焕广.轿车白车身结构有限元及其试验分析[J].合肥工业大学学报,2007,30(12):1615-1619. 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10.16638/ki.1671-7988.2020.23.044基于ANSYS汽车铝合金轮毂的有限元分析张舵，迟瑞娟*（中国农业大学工学院，北京100083）摘要：轮毂作为支撑汽车重量并保证汽车顺利行驶的重要零部件，其结构强度和振动特性对于汽车安全性至关重要。

文章以17英寸汽车铝合金轮毂为研究对象，根据国家标准GB/T 3487-2005《汽车轮辋规格系列》利用Solidworks 对其三维建模，并通过有限元分析软件ANSYS进行了静力分析，验证了其结构强度的合理性，在此基础上进行了有预应力的模态分析，并通过和外界激振频率的对比，结果表明可以避免共振的发生，为轮毂的优化设计提供了理论依据。

关键词：轮毂；静力分析；模态分析中图分类号：U463.343 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)23-139-05Finite Element Analysis of Aluminum Alloy Wheel Hub based on ANSYSZhang Duo, Chi Ruijuan*（College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083）Abstract: As an important part to support the weight of the automobile and ensure the smooth running of the automobile, the structural strength and vibration characteristics of the hub are very important for the safety of the automobile. In this paper, according to the national standard GB / T 3487-2005 "specification series of automobile rims", the 3D modeling of 17 inch automobile aluminum alloy wheel hub is carried out by SolidWorks, and the static analysis is carried out by ANSYS, The rationality of its structural strength is verified, on this basis, the modal analysis with prestress is done, and the comparison with the external excitation frequency proves that resonance can be avoided, which provides a theoretical basis for the optimal design of wheel hub.Keywords: Automobile hub; Static analysis; Modal analysisCLC NO.: U463.343 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)23-139-05前言轮毂是汽车不可或缺的零部件，不仅要支撑汽车的整车重量，而且在汽车行驶过程中，还要受到路面和转向时的不同大小、方向的作用力，对汽车的顺利行驶和车内人员的乘坐舒适度起到了重要作用，故研究轮毂的应力和振动特性意义重大。

10.16638/ki.1671-7988.2021.012.027基于ANSYS Workbench的轮毂弯曲疲劳分析胡裕超，杨辉（桂林理工大学机械与控制工程学院，广西桂林541006）摘要：轮毂是汽车运行时的主要承载部件，对于汽车安全行驶和可靠运行起着重要作用。

特别对于设计者而言，其各方面的性能都应得到重视。

文章以家用汽车轮胎的轮毂（18×7.5J）为研究对象，利用通用设计软件SolidWorks 建立轮毂仿真模型，而后将轮毂仿真模型导入ANSYS19.2中的geometry模块中进行分析，并且参考国标，在材料库输入铝合金A356的相关参数，得到铝合金A356的S-N曲线，最后求解得到轮毂在周期性弯曲载荷下的安全系数和使用寿命分布云图，根据以上仿真结果，判断轮毂是否符合使用要求，对设计人员具有指导作用。

关键词：轮毂；铝合金；弯曲疲劳；ANSYS workbench中图分类号：U463.343 文献标志码：A 文章编号：1671-7988(2021)12-90-03Bending Fatigue Analysis of Wheel Hub Based on ANSYS WorkbenchHU Yuchao, YANG Hui( College of Mechanical and Control Engineering, Guilin University of Technology, Guangxi Guilin 541006 )Abstract: As an important part of the car wheel, the wheel hub has a significant impact on the safety and reliability of the car. Especially for designers, all aspects of its performance should be paid attention to. This paper takes the wheel hub (18×7.5J ) of the family car tire as the research object, establishes the 3D model of the wheel hub through the 3D software SolidWorks, imports it into the simulation software for simulation analysis, and establishes the fatigue life curve (S-N curve) of aluminum alloy (A356), through the analysis to obtain the safety factor and fatigue life cloud diagram of the hub, according to the above simulation results, determine whether the hub meets the requirements of use, which has a guiding role for the designer. Keywords: Wheel hub; Aluminum alloy; Bending fatigue; ANSYS workbenchCLC NO.: U463.343 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)12-90-03引言传统的轮毂设计必须要通过实验法测定轮毂的各项结构性能以及疲劳使用寿命，极其耗费成本[1]。

ANSYS做的轮胎模型fini/cle/prep7/title,wheel-3!_____________________________________定义单元类型__________________________________________________et,1,45 !用来给土层，轮辋以及基层来分网格et,2,181!_____________________________________________________________ _______________________________________!____________________________________定义轮胎材料参数_________________________________________________!___________________________定义超弹材料，用9常数模型(单位为MPa)___________________mp,ex,1,8000e6mp,prxy,1,0.4!____________________________定义正交弹性材料(单位为MPa)___________________________mp,ex,2,1.03e10mp,prxy,2,0.33mp,ex,3,2.1e11mp,prxy,3,0.3save,material4,db/prep7!_______________________________________定义道路几何参数___________________________________________areaload=0.557800e6 !单位mpaarearadiu=0.1066 !单位mtop=0.5493thick1=0.04+top !单位mthick2=0.06thick3=0.07thick4=0.25thick5=0.27thick6=3.5distanceofaxie=1.5*arearadiu !两轮中心距rightb=1.50leftb=-1.50frontb=1.50backb=-1.50depthb=-(thick1+thick2+thick3+thick4+thick5+thick6)!_____________________________________________________________ ______________________________________!______________________________________定义道路材料参数_____________________________________________ex1=1200e6 !单位MPaprxy1=0.35dens1=2.509e-03 !单位kg/m3ex2=1000e6prxy2=0.35dens2=2.447e-03ex3=1000e6prxy3=0.35dens3=2.432e-03ex4=1400e6prxy4=0.2dens4=2e-03ex5=800e6prxy5=0.2dens5=1.800e-03ex6=35e6prxy6=0.4dens6=1.900e-03!_____________________________________________________________ ______________________________________!________________________________定义道路材料参数__________________________________________________mp,ex,4, ex1 !定义道路第一层材料参数mp,PRXY,4,prxy1mp,dens,4,dens1mp,ex,5, ex2mp,PRXY,5,prxy2mp,dens,5,dens2mp,ex,6, ex3mp,PRXY,6,prxy3mp,dens,6,dens3mp,ex,7, ex4mp,PRXY,7,prxy4mp,dens,7,dens4mp,ex,8, ex5mp,PRXY,8,prxy5mp,dens,8,dens5mp,ex,9, ex6mp,PRXY,9,prxy6mp,dens,9,dens6!_____________________________________________________________ _____________________________________/prep7!______________________________建立轮胎模型_________________________________________________________k,1,0,0,0k,2,0,0,0.03k,3,0,0.01,0k,4,0.297,0,0k,5,0.297,0,0.2k,6,0.297,0,-0.2k,7,0.297,0,0.01k,8,0.297,0,-0.01k,9,2,0,0.01k,10,0,0,-0.005k,11,0,0,0.005k,12,0.4028,0,0k,13,0.5425,0,0k,14,0.4028,0.01,0circle,1,0.297,2,4,360,1l,5,6LGEN,2,4,,1,0.01l,6,19l,5,18lsel,s,,,4,7,1al,alllsel,allVDRAG,1,,,,,,1,2,3vsel,s,,,1,3,1vadd,all !4torus,0.4028,0.1362,0.1422 !1torus,0.4028,0.1422,0.1465 !2vsbv,2,4,sepo,dele,keep !3,5vdele,3vsbv,1,4,sepo,dele,keep !2,3vdele,2wpoffs,,, 0.110836 WPSTYLE,,,,,,,,1wpstyle,0.05,0.1,-1,1,0.003,0,0,,5 vsbw,4,speo,delevdele,2wpoffs,,, -0.110836*2vsbw,1,speo,dele !轮辋宽0.11085 vdele,4l,11,10 !40circle,11,0.297,2,7,360,1lsel,s,,,41,43,2lsel,a,,,56al,all !11lsel,allvdrag,11,,,,,,40 !1vsel,s,,,1,2vadd,all !4vsel,allvglue,3,4,5 !1内胎,2外胎,6轮辋!分网格HPTCREATE,area,11,, coord,0,0,0.005HPTCREATE,area,73,, coord,0,0,-0.005 vsel,s,,,6type,1mat,3mshape,1,3Dmshkey,0esize,0.04!要粗化vmesh,allvsel,all !1336,1178csys,0!给外轮胎分网格!HPTCREATE,area,21,, coord,0,0.5493,0 vsel,s,,,2type,2mat,1mshape,1,3D !定义单元形状mshkey,0esize,0.02 !定义为自由网格!可能要局部粗化vmesh,allvsel,all!给轮胎束带层分网格vsel,s,,,1type,2mat,2mshape,1,3Dmshkey,0esize,0.02!可能要局部粗化vmesh,all!在内胎的内面上施加面荷载!13,14,67-70asel,s,,,13,14asel,a,,,67,70,1nsla,sSF,all,pres,0.63e6 !压力单位为Pa csys,0save,finimodel,db/prep7!____________________________________________________定义路面_______________________________________________block,rightb,leftb,-top,-thick1,frontb,backb !3block,rightb,leftb,-thick1,-(thick1+thick2),frontb,backb !4block,rightb,leftb,-(thick1+thick2),-(thick1+thick2+thick3),frontb,backb !5 block,rightb,leftb,-(thick1+thick2+thick3),-(thick1+thick2+thick3+thick4),frontb, backb!7block,rightb,leftb,-(thick1+thick2+thick3+thick4),-(thick1+thick2+thick3+thick4+ thick5),frontb,backb!8block,rightb,leftb,-(thick1+thick2+thick3+thick4+thick5),depthb,frontb,backb!9 vglue,3,4,5,7,8,9 !3,10,11,12,13,14vsel,s,,,3type,1mat,4mshape,1,3D !定义单元形状mshkey,0esize,0.0.5 !定义为自由网格vmesh,allvsel,s,,,10type,1mat,5mshape,1,3D !定义单元形状mshkey,0esize,0.15 !定义为自由网格vmesh,allvsel,s,,,11type,1mat,6mshape,1,3D !定义单元形状mshkey,0esize,0.18 !定义为自由网vmesh,allvsel,s,,,12type,1mat,7mshape,1,3D !定义单元形状mshkey,0esize,0.2 !定义为自由网格vmesh,allvsel,s,,,13type,1mat,8mshape,1,3D !定义单元形状mshkey,0esize,0.3 !定义为自由网格vmesh,allvsel,s,,,14type,1mat,9mshape,1,3D !定义单元形状mshkey,0esize,0.5 !定义为自由网格vmesh,allnsel,allvsel,allasel,allfini/solu!__________________________________给道路加约束_______________________________________________csys,0nsel,allnsel,r,loc,y,depthbd,all,all,0nsel,allnsel,r,loc,x,rightbnsel,a,loc,x,leftbd,all,ux,0nsel,allnsel,r,loc,z,frontbnsel,a,loc,z,backbd,all,uz,0save,pavemodel,dbfini/prep7!______________________________加接触对_________________________________________r,1001et,11,targe170et,12,conta174KEYOPT, 12,2,1 !定义使用罚函数KEYOPT, 12,12,1 !定义为无限大,忽略滑动KEYOPT, 12,7,3 !对下一个子步预测一个最小的时间增量asel,s,,,22asel,a,,,100,101nsla,s!nsel,r,loc,y,-0.4,-0.5493,0.0001cm,_contact12,nodetype,12real,1001esurf,,buttomasel,s,,,9 !目标面，选择较为粗的网格nsla,s!nsel,r,loc,x,-0.8,0.8,0.0001!nsel,r,loc,z,-0.7,0.7,0.0001cm,_target12,nodetype,11real,1001esurf,,topsave,contact,dbfinifini/solunsel,s,,,206nsel,a,,,412d,all,all,0!d,all,uy,0vsel,s,,,1,2nsel,r,loc,x,0d,all,ux,0vsel,s,,,1,2vsel,a,,,6nsel,r,loc,z,0d,all,uz,0antype,staticasel,allnsel,alltime,1solve但是其接触部分的UY,UX方向位移明显错误(问题1)当我把材料一改为超弹材料mp,ex,1,9000mp,prxy,1,0.49MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,1150TB,mooney,1,1,9,MOONTBTEMP,0TBDATA,,0.770,,0.0671,,,0.0955 TBDATA,,,,,,,MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0。

基于CATIA和ANSYS的轮毂的有限元分析⽬录1.绪论 (2)1.1CATIA软件介绍 (2)1.2ANSYS软件介绍 (2)1.3PRO/E软件介绍 (2)1.4本次课程设计的主要内容及⽬的 (3)2. 轮毂的建模 (4)2.1轮毂截⾯的建模 (4)2.2轮毂⽴体建模 (9)3.CATIA导⼊ANSYS (16)3.1运⽤PRO/E改变CATIA输出格式 (16)3.2轮毂的LUNGU.X-T导⼊ANSYS (17)3.3导⼊模型⽣成实体 (18)4.轮毂的有限元分析 (21)4.1参数设定 (21)4.2⽹格划分 (23)4.3有限元分析 (23)4.4分析求解 (26)4.5保存为.LGW格式 (29)结束语 (38)1课程设计的主要⼯作 (38)2课程设计中存在的不⾜ (38)参考⽂献 (39)轮毂的建模及有限元分析1.绪论1.1 CATIA软件介绍CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决⽅案。

作为PLM协同解决⽅案的⼀个重要组成部分，它可以帮助制造⼚商设计他们未来的产品，并⽀持从项⽬前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部⼯业设计流程。

模块化的CATIA系列产品旨在满⾜客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统⼯程、管理数字样机、机械加⼯、分析和模拟。

CATIA产品基于开放式可扩展的V5架构。

通过使企业能够重⽤产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决⽅案加快企业对市场的需求的反应。

⾃1999年以来，市场上⼴泛采⽤它的数字样机流程，从⽽使之成为世界上最常⽤的产品开发系统。

CATIA系列产品已经在七⼤领域⾥成为⾸要的3D 设计和模拟解决⽅案：汽车、航空航天、船舶制造、⼚房设计、电⼒与电⼦、消费品和通⽤机械制造。

本次使⽤软件版本为CATIA V5R19.1.2 ANSYS软件介绍ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于⼀体的⼤型通⽤有限元分析软件。

目录摘要 (III)Abstract.................................................................................................................... I V 1 绪论 (1)1.1 选题的目的和意义 (1)1.2本课题国内外的研究现状 (1)1.3本课题研究内容 (1)2子午线轮胎特点 (2)2.1 子午线轮胎的结构特点 (2)2.2子午线轮胎的结构分析 (2)3子午线轮胎三维整体有限元模型建立 (4)3.1通用软件简介 (4)3.2单元的选取 (5)3.3 轮胎模型的简化 (8)3.3.1模型建立的要求 (8)3.3.2轮胎模型的简化 (9)3.3.3几何建模 (9)4子午线轮胎静态接触的有限元分析 (11)4.1 有限元分析流程 (11)4.2静态接触的载荷和边界条件的处理 (12)4.2.1轮胎有限元模型的三维非线性 (12)4.2.2轮胎单元材料参数的数值 (13)4.2.3轮胎有限元分析的参数化及模型的自动生成 (14)4.2.4 静态接触的载荷和边界条件的处理 (18)4.3轮胎有限元结果分析 (19)4.3.1静态接触载荷工况 (19)4.3.2轮胎在静态接地状况下的有限元结果分析 (20)5 总结与展望 (24)5.1 总结 (24)5.2 不足与展望 (24)5.3 有限元技术在轮胎和车辆工程中应用展望 (24)参考文献 (25)基于ANSYS的汽车轮胎有限元分析研究摘要本文主要基于ANSYS软件非线性分析技术，采用三维体单元和接触单元，建立了子午线轮胎的静态接触状态下的有限元模型并对其进行分析研究。

利用CATIA对子午线轮胎进行几何建模，运用ANSYS软件对其进行有限元分析，定义材料属性和单元属性，考虑接触问题，得到适合研究轮胎特性的有限元模型。

根据轮胎结构特征及单元的特征，利用ANSYS的参数设计语言APDL对分析问题进行参数化，提高效率，便于对同类问题的分析研究。

基于ANSYS子午线轮胎静态特性的有限元分析付振山;于春玲【摘要】利用ANSYS有限元软件建立了子午线轮胎的有限元模型,计算了在胎压载荷和汽车重力载荷作用下轮胎的变形、应力和接地压痕.计算显示胎侧部分刚性低,变形量最大,轮胎中心区的应力最大,接地压痕随载荷增大而增大,这些符合实际情况,分析对于轮胎的设计和应用具有一定的指导作用.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】3页(P38-40)【关键词】子午线轮胎;静态分析;轮胎压痕【作者】付振山;于春玲【作者单位】威海职业学院机电工程系,山东威海264200;威海职业学院机电工程系,山东威海264200【正文语种】中文【中图分类】U461.6轮胎作为汽车的重要支撑部件，与路面直接接触，影响着汽车的舒适性和安全性，随着对高速性和越野性要求的不断增强，对轮胎提出了更高的要求。

子午线轮胎结构复杂，如图1所示，因其滚动阻力小、承载能力大、减震性能好等优点在现代汽车中应用越来越广泛。

现在对轮胎的研究较多，文献[1]主要研究了轮胎花纹对压痕的影响研究；文献[2]研究了侧向力对轮胎侧偏角的影响；文献[3]研究了轮胎花纹对滚动特性的影响，文献[4-5]研究了不同胎压下子午线轮胎胎侧裂口和耐磨性的影响。

本论文以60系列R15型子午线轮胎作为研究对象，采用ANSYS有限元分析在不同载荷条件下轮胎的变形和应变。

为了准确、快速的建立几何模型，采用APDL参数化设计语言应用自底向上的方法建立轮胎三维有限元模型，提高建模和分析的精度和效率。

因轮胎结构复杂，细小的结构太多，增加了计算时间，甚至导致计算不收敛，因此采用以下方式策略对模型进行简化：1)胎侧和小胎侧的材料相同且位置相邻，所以把这两部分合并；2)胎侧和钢丝带束层的邻接部位，把狭长尖角改成倒角；3)三角胶和钢丝圈邻接部位倒圆角，使之平滑过渡；4)三角胶附近，补强层厚度很小，若要划分网格，要求单元尺寸极小，会得到较多的单元数目，占据大量空间，而且补强层对胎冠的影响不是很大，所以省略掉补强层；5)由于花纹的沟槽很多，所以在划分网格时会造成单元和节点数的剧增，考虑到计算机内存和容量的限制，忽略花纹；6)胎圈处的圆角容易导致拓扑退化，造成布尔运算的失败，这里取消圆角，改成两条直线相交。

第32卷 第5期2010年10月武汉理工大学学报 信息与管理工程版J OURNAL OF WUT (I N FORM AT I ON &MANAGE M ENT E NG I NEER I NG )V o.l 32N o .5O c t .2010文章编号:1007-144X (2010)05-0754-04文献标志码:A基于ANS YS 层单元的翻新轮胎有限元仿真分析齐晓杰1,2,于建国1(1.东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040;2.黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨150050)摘 要:针对11R22.5载重车辆翻新轮胎在高速滚动过程中存在的磨损快、易脱层、撕裂等失效现象,基于AN S Y S 层单元结构对载重车辆翻新轮胎胎面层、缓冲层、胎体层复合材料变形特性进行了垂直载荷工况下的有限元分析,确定了翻新轮胎的材料参数,获得了翻新轮胎的变形特性规律,并进行了试验研究。

仿真结果与试验结果吻合较好,修正了载重车辆翻新子午线轮胎的径向变形理论计算公式,为载重车辆翻新子午线轮胎的设计制造及性能研究提供了理论依据。

关键词:翻新轮胎;层单元;有限元仿真;试验研究中图分类号:U 465.6DO I :10.3963/.j issn .1007-144X.2010.05.018收稿日期:2010-04-12.作者简介:齐晓杰(1960-),男,黑龙江哈尔滨人,东北林业大学交通学院博士研究生;黑龙江工程学院汽车与交通工程学院教授.基金项目:黑龙江省科技攻关基金资助项目(GC08A208).国内外学者一直尝试对轮胎进行有限元模拟,但由于轮胎的有限元分析涉及几何非线性、材料非线性、接触边界非线性及各类加载条件复杂等问题,如何准确地模拟一直是研究人员需要攻克的难题。

翻新轮胎与同型号新轮胎结构类似,但翻新轮胎在经过补洞、打磨和二次粘附胎面层后,整体结构性能会发生较大的变化,同胎体结合性能与新轮胎存在一定的差异。

基于ANSYS的汽车轮毂的强度分析和轻量化分析1. 概论轮毂是汽车轮胎内用于支撑轮胎和固定轮胎内缘的圆柱形金属部件，与轮胎一起受到汽车载荷的作用。

汽车在运动过程中，车轮与地面接触的相互作用力，以及使汽车运动的力矩都是通过轮毂来实现的。

因此轮毂的强度大小是汽车稳定、可靠运行的重要因素，需要借助有限元软件对轮毂进行强度和刚度分析。

同时在研究轮毂轻量化设计时，也需要考虑到轮毂的刚度，适当地降低轮毂的变形量，以确保其轮辋圆度，确保汽车行驶的稳定性和可靠性，提高其安全系数。

本文针对某工厂生产的钢制轮毂进行研究，利用ANSYS 软件对其进行强度分析和结构优化设计，最终实现轻量化设计。

本文分析软件采用ansys Workbench，优化部分采用Workbench中自带的优化模块DesignExploration。

自ANSYS 7.0开始，ANSYS公司推出了ANSYS经典版（Mechanical APDL）和ANSYS Workbench版两个版本，并且目前均已开发至18版本。

Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境，解决企业产品研发过程中CAE软件的异构问题。

ANSYS公司长期以来为用户提供成熟的CAE产品，现在决定把自己的CAE产品拆散形成组件。

公司不只提供整合的、成熟的软件，而且提供软件的组件（API）。

用户可以根据本企业产品研发流程将这些拆散的技术重新组合，并集成为具有自主知识产权的技术，形成既能够充分满足自身的分析需求，又充分融入产品研发流程的仿真体系。

Workbench则是专门为重新组合这些组件而设计的专用平台。

它提供了一个加载和管理API的基本框架。

在此框架中，各组件（API）通过Jscript、VBscript和HTML脚本语言组织，并编制适合自己的使用界面（GUI）。

另外，第三方CAE技术和用户具有自主知识产权的技术也可以像ANSYS的技术一样编制成API溶入这个程序中。

2. 有限元模型建立首先在ansys workbench的前处理软件中导入已经建好的轮毂几何模型，在前处理软件中除去了部分细小倒角和孔特征，不影响整体的有限元分析。

技术创新 57基于ANSYS 的汽车轮毂模态分析◊三明医学科技职业学院吴文群 翁振斌轮毂是车辆承载的重要安全部件，由轮辎和轮辐两个部分组成。

行驶过程中，汽车轮毂路面不同幅值、不同频率的激励而受到不同类型的作用力，高速旋转的轮毂直接影 响车辆的平稳性、和操纵性。

以某品牌家用小轿车铝合金材质轮毂为研究对象，利用UG 软进行三维建模，然后利用ANSYS 软件对三维模型进行网格划分和模态分析，获得六阶振动频率，将获得的振幅频率与发动机转速振动频率和路面激励频率进行对比，从而验 证结构的合理性。

轮毂是车辆承载的重要安全部件。

行驶过程中，汽车轮毂承受来自路面不同幅值、不同频率的激励除受垂直力外，还受 因车辆起动、制动时扭矩的作用，转弯、冲击等来自多方向的不规则受力。

高速旋转的轮毂直接影响车辆的平稳性、和操纵 性％随着国民家用轿车保有量的逐年猛增，人们对汽车的安全性和美观度需求也是不断的提高，因而，对家用汽车轮毂要求 尺寸精度高、不平衡度小、质量轻、高耐疲劳性、足够的刚度和弹性并且大方美观。

如何实现轮毂的高要求是一个技术人员 长期研究的过程，利用ANSYS 软件对汽轮毂毂运动过程进行模态分析，对比轮毂在自由状态下的固有频率和模态振型，对防 止轮毂由于振动造成变形或损坏等现象和优化轮毂参数具有重 要的工程应用价值。

1建立几何模型轮毂是在轮胎以及车轴间承受载荷的部件，一般情况下， 由轮網和轮辐两个部分组成％本文以某品牌家用小轿车铝合金材质轮毂为研究对象，轮網和轮辐的厚度分别为2 mm 和3 nrn,都属于薄壁构件。

铝合金材质轮毂重量较轻，惯性阻力小，制 作精度高，在高速转动时的变形小，惯性阻力小，有利于提高汽车的直线行驶性能，减轻轮胎滚动阻力，从而减少了油耗。

同时合金材质的导热性能又是钢的三倍左右，散热性好，对于车辆的制动系，轮胎和制动系统的热衰减都能起到一定的作 用葺该轮毂轮辐的材料是A356,具体参数见表1。

基于ANSYS的汽车轮胎有限元分析刘野，廉哲满【摘要】轮胎作为汽车承载的重要部件，对汽车的安全性、行驶性能和操作稳定性有着非常重要的影响。

文中基于CATIA平台，建立轮胎三维立体模型，通过CATIA与ANSYS的接口，向ANSYS软件中导入模型，从而分析求解在充气压力状况下的轮胎整体变形情况与各部位易产生破坏处的应力一应变分布状况，为轮胎性能的评价及轮胎的设计和改进提供参考依据。

【期刊名称】机械工程师【年(卷),期】2014(000)003【总页数】2【关键词】CATIA；ANSYS；轮胎；充气压力；有限元分析0 引言轮胎作为汽车的一个重要部件，它的主要功能是将驱动力、制动力、转向力传递给地面，支撑负荷以及和汽车悬挂共同作用来缓和汽车行驶时所带来的冲击影响，从而保证汽车具有良好的舒适性和平稳性［1-2］，因此汽车各种性能的好坏与轮胎的性能有直接关系。

分析其变形及其性能，可为轮胎设计与改进提供有价值的参考依据。

1 轮胎的建模轮胎的建模方法有很多种，本文主要是利用三维造型软件CATIA 对轮胎进行建模，轮胎建模的基本步骤如下：1）在Sketcher（草图）上绘制轮胎的外部轮廓，然后根据数据编辑轮胎的尺寸。

Sketcher 绘制是3D 设计的重要手段之一，它拥有与二维软件功能相近的平面轮廓设计功能，同时可将轮廓转化为三维实体。

通过该功能模块可以设计较复杂的平面轮廓线［3］，该功能非常适用于绘制由多段曲线组合而成的轮胎内外轮廓。

2）完成轮胎草图后，通过旋转体命令建立轮胎的立体模型，建立凹槽，通过圆弧阵列凹槽，完成轮毂绘制。

3）通过曲面造型功能，在Sketcher 的轮胎轮廓的旋转曲面上直接绘制花纹。

在轮胎花纹的绘制过程中，依据设计的多方位要求并与灵活的后参数化功能相结合，使得轮胎轮廓的曲线参数、花纹沟宽、沟深和角度等相关参数可随时根据要求进行更改。

4）运用镜像命令，复制1/2 轮胎，完成轮胎的建模。

CATIA 中创建完成的轮胎模型如图1 所示。