基于疲劳寿命的汽车铝合金车轮轻量化研究

《铝合金车轮双轴疲劳试验数值模拟研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金车轮因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，正逐渐成为汽车制造行业的主流选择。

然而，在车辆行驶过程中，车轮所承受的复杂应力环境，特别是双轴疲劳状态下的性能表现，对车轮的安全性和可靠性有着至关重要的影响。

因此，本文通过数值模拟方法对铝合金车轮双轴疲劳试验进行了深入研究。

二、研究目的与意义本研究的目的是通过数值模拟的方法，探究铝合金车轮在双轴疲劳试验中的应力分布、疲劳寿命以及失效模式。

此项研究的意义在于为铝合金车轮的设计、制造及性能评估提供理论依据，同时为提高车轮的安全性和可靠性提供技术支持。

三、数值模拟方法与模型建立1. 数值模拟方法本研究采用有限元分析方法，通过建立车轮的三维模型，模拟双轴疲劳试验过程，分析车轮的应力分布、变形及疲劳寿命。

2. 模型建立在建立模型时，需充分考虑车轮的材料属性、几何尺寸、约束条件等因素。

通过合理的假设和简化，建立出符合实际工况的车轮模型。

四、双轴疲劳试验数值模拟过程1. 材料属性定义根据铝合金的材料特性，定义模型的弹性模量、屈服极限、泊松比等材料属性。

2. 网格划分与边界条件设定对模型进行网格划分，设定边界条件，如约束、载荷等。

同时，根据实际工况，设定双轴疲劳试验的循环次数、加载速度等参数。

3. 数值模拟计算在设定好所有参数后，进行数值模拟计算。

通过迭代求解，得到车轮在双轴疲劳试验中的应力分布、变形及疲劳寿命。

五、结果分析1. 应力分布分析通过对数值模拟结果的分析，可以得到车轮在不同循环次数下的应力分布情况。

从整体上看，应力主要集中在车轮的轮辐和轮辋连接处，以及轮辋的边缘。

2. 疲劳寿命分析通过对比不同位置的车轮材料在双轴疲劳试验中的应力-寿命曲线，可以得出车轮的疲劳寿命。

此外，还可以通过观察车轮的变形情况，进一步评估其性能表现。

3. 失效模式分析通过对模拟结果的深入分析，可以得出车轮在不同循环次数下的失效模式。

1　引言轮毂（也可称为轮圈或钢圈）是承载汽车安全的重要安全部件，轻量化设计是实现节能减排的、降低运输成本的主要措施之一。

孝成美[1]通过ANSYS 有限元分析，对轮辋的厚度进行降低了4.26%，以及优化了轮辐的厚度降低了30.08%，最终优化后的铝合金的轮毂减重了2.13kg 。

宋渊[2]对轮毂的研究在ANSYS 中对轮毂进行有限元分析、模态分析、材料弯曲实验模型以及冲击实验模型，使整体的质量为6.62kg 比初始值减轻了8%实现了轻量化效果。

轮毂结构设计和轻量化对汽车整体质量的减轻有着重要意义。

本文以家用轿车汽车轮毂为研究对象开展轻量化研究，设计提出了汽车轮毂轻量化的分析体系。

为之后汽车轮毂的轻量化和整车轻量化设计提供一些参考。

2　轮毂有限元模型的建立轮毂主要由轮辋与轮辐组成，辐条的半径大小和轮圈的半径大小相接近，辐条的中央有大于车轮传动轴的中心孔，中心孔的周围有若干小孔（一般轿车的孔数为4—5个）用于螺栓固定，辐条与轮辋的曲面完全贴合轮毂主要尺寸如表1所示，建立的三维实体模型如图1所示。

2.1　轮毂材料属性选择与网格划分本文研究以某型号家用轿车汽车轮毂采家用轿车轮毂结构及轻量化设计冯叶陶　梁双福　王谦　罗啸吉利学院 汽车工程学院　四川省成都市　641423摘 要： 轮毂是承载汽车安全的重要安全部件，轻量化设计是实现节能减排的、降低运输成本的主要措施之一，本文进行了汽车结构设计与轻量化研究。

以某型号家用轿车汽车轮毂为研究对象开展轻量化研究，利用UG 软件创建汽车轮毂三维实体模型，进行有限元静力学分析，分析结果发现某型号家用轿车汽车轮毂刚度和强度存在一定的余量，在不影响汽车轮毂结构强度、刚度的前提条件下，对轮毂重新设计优化分析，轻量化后某型号家用轿车汽车轮毂质量从5.62kg 减轻到5.37kg ，质量减轻了4%。

设计提出了汽车轮毂轻量化的分析体系，为之后汽车轮毂的轻量化和整车轻量化设计提供一些参考。

铝合金车轮项目可行性研究报告一、项目背景和目标随着社会发展和人们生活水平提高，汽车已经成为现代人生活中不可缺少的一部分。

汽车轮毂是汽车的重要组成部分之一，而铝合金车轮具有重量轻、强度高、耐磨性好、导热性能良好等优点，已经成为汽车轮毂的主流材料。

因此，开展铝合金车轮项目具有重要的市场潜力和经济价值。

本报告的目标是通过分析铝合金车轮项目的市场情况、竞争对手、技术要求和成本等因素，评估该项目的可行性，并提出相应的实施建议。

二、市场分析1.汽车市场的需求：汽车销售量逐年增长，尤其是中高档汽车的销售量不断攀升。

铝合金车轮作为提升汽车外观和性能的重要装饰品，具有较大的市场需求。

2.车轮市场的竞争：目前，铝合金车轮市场的竞争主要来自于钢质车轮和铸铁车轮。

但由于铝合金车轮的轻量化和高强度等优势，逐渐受到消费者的青睐，具有一定的市场竞争力。

三、技术要求1.材料选择：铝合金车轮需要具备一定的强度和刚度，同时要求重量轻和耐腐蚀。

2.具备优良的热处理性能：铝合金在高温下容易软化，因此铝合金车轮需要具备适当的热处理工艺来提高材料的强度和刚度。

3.强化工艺：铝合金车轮通常采用强化工艺，如冷挤压和热挤压等，以提高材料的强度和抗拉性能。

四、成本效益分析1.材料成本：铝合金车轮相比于钢质车轮和铸铁车轮的材料成本较高，但由于材料的轻量化特性，可以减少汽车车身质量，节约燃油消耗，降低油耗成本。

2.加工成本：铝合金车轮的生产过程相对复杂，需要进行强化工艺和热处理等环节，加工成本较高。

3.市场价格：铝合金车轮的市场价格较高，但由于其技术要求和成本较高，可以保持一定的市场溢价。

五、风险和对策1.技术风险：铝合金车轮的强度和刚度要求较高，需要采用先进的强化工艺和热处理工艺来保证产品的质量。

技术研发和生产过程中可能面临技术难题，需要采取适当的技术储备和技术支持。

2.市场风险：铝合金车轮的市场需求受到汽车销售量和经济环境等因素影响。

因此，需要密切关注市场变化和竞争对手的动态，进行适时的市场调整和产品升级。

《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。

本文将针对铝合金轮毂的力学性能进行探讨，并运用有限元分析方法对其力学行为进行深入研究。

二、铝合金轮毂的力学性能铝合金轮毂的力学性能主要表现在其抗拉强度、屈服强度、延伸率及硬度等方面。

这些性能参数决定了轮毂在承受外力时的变形程度和抗破坏能力。

1. 抗拉强度与屈服强度：铝合金轮毂的抗拉强度和屈服强度是评价其承载能力的重要指标。

抗拉强度表示轮毂在拉伸过程中能够承受的最大力，而屈服强度则反映了轮毂在应力作用下的塑性变形能力。

2. 延伸率：延伸率是衡量铝合金轮毂塑性变形能力的重要参数。

高延伸率的轮毂在受到冲击时能够更好地吸收能量，降低破坏风险。

3. 硬度：铝合金轮毂的硬度与其耐磨性、抗冲击性密切相关。

适当的硬度可以保证轮毂在使用过程中不易磨损、不易变形。

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，可用于研究铝合金轮毂在各种工况下的应力分布、变形及破坏模式。

通过建立轮毂的有限元模型，可以对其进行分析和优化。

1. 建立有限元模型：根据铝合金轮毂的实际结构，建立精确的有限元模型。

模型中应包括轮毂的各部分结构、材料属性及边界条件等。

2. 施加载荷及约束：根据轮毂在实际使用中可能承受的载荷，如重力、刹车力、侧向力等，在有限元模型上施加相应的载荷及约束。

3. 求解及后处理：通过有限元软件进行求解，得到轮毂在各种工况下的应力分布、变形及破坏模式。

对结果进行后处理，提取所需的数据及图表。

四、铝合金轮毂的力学行为分析通过有限元分析，可以深入了解铝合金轮毂在各种工况下的力学行为。

例如，在高速行驶过程中，轮毂所受的应力分布情况；在刹车过程中，轮毂的变形及应力集中情况等。

《铝合金车轮双轴疲劳试验数值模拟研究》篇一一、引言随着汽车工业的飞速发展，铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性及良好的铸造性能等特点，正被广泛应用在各类汽车中。

因此，铝合金车轮的性能、可靠性及寿命成为研究者们关注的重点。

而双轴疲劳试验作为一种有效评估车轮力学性能的方法，具有显著的研究价值。

鉴于此，本文以铝合金车轮为研究对象，开展双轴疲劳试验的数值模拟研究。

通过该方法，不仅可以有效地模拟真实工况下的车轮运行情况，而且能更加深入地理解和掌握车轮在各种工况下的疲劳性能。

二、铝合金车轮的特性和应用铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性等特性，被广泛应用于现代汽车制造中。

其独特的物理和化学性质使得它成为汽车零部件制造的理想材料。

然而，由于使用环境复杂多变，铝合金车轮在长期使用过程中可能会产生疲劳损伤，甚至出现断裂等严重问题。

因此，对铝合金车轮的疲劳性能进行深入研究，对于提高其使用寿命和保证行车安全具有重要意义。

三、双轴疲劳试验及其数值模拟方法双轴疲劳试验是一种通过模拟车轮在实际行驶过程中所受的力，来评估车轮力学性能的试验方法。

这种方法能够真实地反映车轮在各种工况下的工作状态，包括纵向和横向的应力、应变等。

而数值模拟则可以通过建立精确的数学模型，对双轴疲劳试验进行模拟和预测。

本文采用有限元法进行数值模拟。

首先，根据铝合金车轮的实际尺寸和结构，建立精确的三维模型。

然后，通过设定合理的材料属性、边界条件和载荷条件，对模型进行网格划分和求解。

最后，通过后处理程序对结果进行分析和可视化，从而得到车轮在双轴疲劳试验中的应力、应变等数据。

四、铝合金车轮双轴疲劳试验数值模拟研究在本研究中，我们通过数值模拟的方法，对铝合金车轮进行了双轴疲劳试验的模拟。

我们首先设定了多种不同的工况，包括不同的载荷、速度和温度等条件。

然后，通过有限元法对这些工况下的车轮进行了详细的模拟和分析。

我们的研究结果显示，铝合金车轮在双轴疲劳试验中，其应力、应变等数据呈现出明显的规律性。

铝合金轮毂有限元分析及优化设计作者：魏剑吴龙曾师尊来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2020年第03期摘要：为了提高轮毂的安全性和可靠性，本文主要对铝合金轮毂进行有限元分析及优化设计。

采用三维软件Creo30，对某铝合金轮毂进行实体建模，并导入Ansys软件中，分析其固定点在不同作用力与力矩方向时轮毂的动态弯曲疲劳、径向疲劳与冲击性能。

试验结果表明，该轮毂所受的最大应力远小于许用应力。

同时，为提高该轮毂的性能，对该轮毂的薄弱连接部位进行加强设计，并对其余部分进行轻量化设计。

研究结果表明，轮毂的整体质量减少了13413 g，其强度符合设计要求。

该研究对提高轮毂的使用寿命具有重要意义。

关键词：轮毂; 有限元分析; 弯曲疲劳; 径向疲劳; 冲击分析中图分类号： U463.343文献标识码： A2017年，我国发布了《节能與新能源汽车技术路线图》，根据该路线图，将大力推进Al、Mg合金、碳纤维复合材料等在汽车上的应用，推进轻量化材料制造技术的发展[1]。

目前，在汽车零部件设计中，国内铝合金轻量化材料的使用量仍低于国际水平，针对铝合金轻量化材料，胡泊洋等人[23]采用有限元分析方法，对脚踏板、蓄电池箱体支架、车门、底盘控制臂和牵引钩等进行分析，用铝合金替代传统钢材料，并通过仿真与试验研究，优化结构和尺寸，使零部件达到性能使用要求;朱红建[4]从分析汽车钢圈的主要载荷形式和失效形式入手，确定横向载荷是造成疲劳破坏的主要原因，并运用有限元分析软件，对汽车钢圈进行了结构分析，且对汽车使用寿命进行预测，同时运用优化理论对汽车钢圈进行优化设计，进而提高汽车钢圈的可靠性和使用寿命;Wang X F等人[513]利用有限元分析软件，对钢制、铝合金或镁合金车轮建立参数化模型，进行弯曲疲劳和径向疲劳试验模拟，得到轮毂的应力图和应变图，计算车轮上应力较大的区域，并分析危险点的应力状态，对各类型轮毂进行结构优化和刚强度分析，以达到轮毂轻量化目的。

汽车铝合金轻量化材料的应用及技术工艺摘要：我国铝合金材料在汽车轻量化制造中的应用越来越广泛，但是还面临很多影响因素，因此如何针对这些影响因素采取有效的策略是当务之急。

本文首先说明了汽车轻量化制造的意义，然后分析了铝合金材料优势，最后详细阐述了汽车铝合金轻量化材料的应用及技术工艺。

关键词：汽车；铝合金；轻量化；底盘；发动机一、汽车轻量化制造的意义实现企业的轻量化制造能够推动现代汽车制造业的可持续发展，具体主要表现在两个方面：第一，汽车轻量化有助于降低汽车行驶排放量，减少能耗。

汽车的重量直接关系着其能耗，当行驶速度相同的情况下，汽车自身的体重越大，消耗的能源越多，相反汽车的质量越轻，其能耗越低。

并且当油耗减少时还意味着汽车排放的尾气量减少，发挥节能环保的功效。

第二，汽车轻量化有助于提升企业的行驶性能，确保出行安全。

轻量化制造通过降低汽车的自重，从而缩短了汽车加速的用时，若想将汽车加速至每小时100km，轻量化制造便可以将初始10s缩短至7s，便于对汽车的牵引负荷状态进行调整，提升汽车的行驶性能，与此同时还能够降低汽车行驶过程中的惯性，确保汽车行驶的安全性。

二、铝合金材料优势（一）减重效果较为良好铝合金在汽车制造中的应用，便能够达到良好的汽车轻量化效果，具体来讲，铝的密度为2.7g/cm3，为钢铁密度的1/3；铝合金导热性能良好，在金属中仅次于铜；铝合金耐腐蚀性能良好，这是因为其表面能够自动形成一层氧化膜，这些特征使得铝合金成为了汽车制造的主要材料。

（二）生产材料能够回收利用铝合金是回收率较高的金属材料，这是因为铝合金在应用过程中出现腐蚀问题的概率较低。

铝合金材料在制作成产品、使用、回收加工成铝锭、再次制作成产品的循环过程中，损耗率也仅仅为5%，其回收利用价值是所有金属材料中最高的，目前大部分国家应用汽车制造铝合金为再生铝材料。

此外，铝的熔点较低，流动性能良好，因此能够制作成各种结构复杂、形状不规则的构件，这位汽车制造提供了便利条件，同时也便于铝合金回收利用。

汽车车轮轻量化研究摘要：随着汽车工业的迅速发展，能源的使用量日益增加，汽车轻量化是节能降耗的重要途径，车轮作为汽车的关键部件，是实现汽车轻量化的重要环节。

本文分析了汽车车轮轻量化的途径，分别就车轮原材料、造型设计、加工工艺等方面阐述如何实现轻量化，从而实现车辆行驶过程的舒适性、安全性、稳定性等。

关键词：汽车车轮轻量化结构设计工艺优化0 引言车轮起着承载、驱动和制动等作用，同时车轮又是汽车上唯一的承载外观件。

车轮质量的减轻，可大幅度降低车辆的簧下重量，进而影响油耗、尾气排放量及原材料的成本，车轮材料、结构设计以及工艺优化都可以在保证车轮强度与性能的前提下降低其重量，从而达到节能降耗的作用。

1 汽车车轮轻量化材料最早采用钢铁作为汽车车轮材料进行生产，1905年出现的辐板式车轮就是典型的钢制车轮，其制造工艺简单，价格低且强度高，抗冲击能力强，因此得到广泛应用，但由于材料的固有特性，钢制车轮较重、散热性差、惯性阻力大、油耗大，且容易生锈，造型单一，应用受到限制。

铝合金车轮是目前制造车轮最常用的材料，与传统钢制车轮相比，重量减轻约40%，经计算，汽车行驶速度在90km/h到120km/h时，每100km可节省油耗0.05L，铝合金车轮可以改善舒适性，使行驶过程中振动减少，提高了整车性能，同时有利于实现汽车轻量化。

镁合金密度在1.75~2.10g/cm³，为铝的2/3，钢的1/4，与钢材料相比减重60-75%，与铝合金相比可减重25-35%，镁合金优点众多，如比重轻、比强度高、比刚度高，导热导电性能好，减震降噪功能好，同时易于加工、可回收再利用，可承受更大冲击力，美观多样，是车轮轻量化重点研究材料，符合全球资源再生以及节能减排的要求。

镁合金车轮簧下轻量化对新能源电动车能耗与续航里程产生重要影响，单车更换镁合金车轮可实现簧下降重约10~12kg，减重不仅可以降低能耗，续航更久，还可以提高驾驶车辆时的舒适性及安全性。