车轮强度试验有限元仿真

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。

轮胎脱圈阻力试验有限元仿真分析李晓辉，李红卫，张晓鹏，李亚东，葛超[特拓(青岛)轮胎技术有限公司，山东青岛266061]摘要：以245/30R22半钢子午线轮胎为研究对象，利用Abaqus软件对轮胎进行脱圈阻力试验仿真分析，不仅给出了一套基于Abaqus软件的轮胎脱圈阻力试验的模拟方法，而且提出了轮胎脱圈难易程度的评价方法。

结果表明，仿真获得的脱圈阻力与试验结果吻合较好，可以对轮胎的防脱圈性能进行提前预报。

关键词：轮胎；脱圈阻力试验；有限元分析；仿真中图分类号:TQ336.1+1；0241.82文献标志码：A轮胎是汽车唯一的接地部件，它与地面的相互作用提供汽车运动需要的所有力和力矩卜役轿车轮胎的室内试验包括脱圈阻力试验、强度性能试验、高速性能试验、耐久性试验、低气压性能试验等，可以对轮胎的结构、行驶、耐疲劳等性能进行评估。

轮胎的脱圈阻力试验主要用于评估无内胎轮胎胎圈脱离轮辎的阻力值，是评价轮胎结构性能的重要指标之一。

项蝉⑷研究了轮網凸峰类型、轮辅曲线形状和脱圈压块类型等因素对轮胎脱圈阻力试验的影响。

王伟等⑷利用MSC. marc软件，通过施加最小脱圈阻力的方法对子午线轮胎脱圈阻力试验进行仿真分析，取得的分析结果与试验结果相吻合。

但是只有提出明确的防脱圈性能的评价指标，并能够在设计前期进行预报才能够对产品设计给予指导。

本工作以245/30R22半钢子午线轮胎为研究对象，根据GB/T4502—2016(轿车轮胎性能室内试验》，利用Abaqus软件进行脱圈阻力试验仿真分析，并与试验结果进行对比，以期在开发前期对轮胎防脱圈性能的设计与改善进行预报。

1轮胎有限元模型的建立1.1材料模型根据GB/T4502—2016的规定，轮胎脱圈阻力作者简介：李晓辉(1988—),男，河北邯郸人，特拓(青岛)轮胎技术有限公司工程师，硕士，从事材料测试与轮胎有限元分析工作。

E mail:odOOl8@tta 文章编号:1006-8171(2019)01-0058-04DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2019.01.0058试验涉及轮胎、轮網和脱圈压块。

D0I:10.3969/j.issn.1009-847X.2018.08.009轮胎滚动阻力有限元仿真麵研究►............................................................◄周涛杨晓光摘要：近年来随着汽车产业的飞速发展，汽车制造商开始对轮胎提出降低滚动阻力的要求，低滚动阻力轮胎已成为各大轮胎公司重点关注的课题。

本文采用ABAQUS软件，开发轮胎滚动阻力有限元仿真模型，用于预测轮胎的滚动阻力和滚动阻力系数，并和试验结果进行对比，验证了模型的可靠性。

时C02排放量也大幅降低。

欧盟2012年开 始执行滚阻等级标准，包括中国在内的一些 国家和政府也越来越重视轮胎滚动阻力的研 究，低滚动阻力轮胎已成为各大轮胎公司重 点关注课题。

基于此背景，本文开发轮胎滚动阻力有 限元仿真模型，用于预测轮胎的滚动阻力和 滚动阻力系数。

和传统的低滚阻设计试验研 究相比，采用仿真分析的方法，不仅可以分 析材料、结构设计对整体性能的影响，还能 分析各部件对滚动阻力的贡献，能更有针对 性地从材料特性、结构设计去优化滚阻性能；同时采用仿真模型能快速地对设计进行 修改对比，达到减少轮胎试制、降低优化周 期的目的。

滚阻阻力和滚阻系数概念轮胎的滚动阻力现象是指当轮胎与路面 接触时，由于承重产生变形而生热，同时橡 胶的粘弹性造成迟滞损失，从而导致能量损 耗；包括轮胎滚动时周期性变形中克服粘弹 性材料的应变滞后所消耗的内摩擦功、轮胎 与地面接触消耗的外摩擦功、轮胎滚动时搅 动空气弓I起的流体阻力消耗的功以及轮胎花 纹块拍击地面发声所消耗的功等[1];这几种由 于车轮滚动而消耗的能量，就构成了车轮滚 动时的阻力，我们把它称为滚动阻力，国际 单位制（SI)习惯用牛顿-米/米（N .m/m)⑩赔作为汽车唯一的接地部件，轮胎的滚动 阻力直接影响汽车的燃油经济性。

根据实验 测定，一辆轿车以100公里/小时速度行驶，克服轮胎滚动阻力的燃油消耗约占汽车总油耗的20%, —辆载重汽车则可以达到30%或更高。

轮胎有限元建模过程优化及刚度特性仿真研究哈斯巴根;朱凌;石琴;张雷【摘要】Reasonable simplification was conducted on the major portions of a vehicle tire model , such as treads ,sidewall ,steel belts and body plies .Meanwhile ,in order to control the influence of geometry and mesh on the solution of the model ,the cross section of the tire was recalculated and redrawn .An FEA model of pneumatic radial tire was then established by combining the beams ,shells and solid elements .The stiffness characteristics of the tire under different road conditions were analyzed by using LS-DYNA software .The effect of the section properties as well as non-linear material and contact features on the simulation accuracy was discussed .The comparative analysis of several models was conducted to improve the accuracy of FEA model .Through the simulation analysis of the tire’s radial and cornering stiffness and the comparison with the test results ,the critical optimization technologies of the finite element modeling of the tire and the key is-sues to improve the accuracy of the modeling were discussed .%文章将轮胎胎面、胎侧、帘线层、子午带束层等主要部分进行合理简化，为控制轮胎外形及其网格精度对模型求解的影响，对轮胎断面曲线尺寸进行合理计算并重新绘制；建立了由一维梁单元、二维壳单元、三维实体单元组合的子午线轮胎有限元模型。

汽车车轮动态弯曲疲劳试验的有限元模拟汽车车轮是汽车的重要组成部分，承受了来自汽车的全部重量，它的可靠性直接影响汽车的安全行驶以及人的生命安全。

为了保证它的安全，国家对它出厂前需要通过的试验进行了规定，分别为动态弯曲疲劳试验、动态径向疲劳试验和冲击试验。

做这些试验需要轮毂产品和专用设备，增加了成本，同时还延长了产品的设计周期。

近年来，随着 NX NASTRAN,ANSYS 等分析软件的发展、应用，通过计算机技术来模拟上述三个实验，将模拟分析结果作为设计的初始条件，可降低设计周期和实验成本，深受汽车企业欢迎。

车轮主要是由轮毂和轮胎组成的，而动态弯曲疲劳试验中只对轮毂进行了考察。

动态弯曲疲劳试验模拟了汽车行驶过程中受到弯曲力矩的情况，并且轮毂发生疲劳破坏的最主要原因就是弯曲疲劳，因此对它的研究显得尤为重要。

1 轮毂的三维建模轮毂主要是由轮辋和轮辐组成的，轮辋是轮毂上与轮胎接触的部分，文献[1]对它的尺寸做了规定，轮辐是与车轴实施安装连接，支撑轮辋的车轮部分。

轮辐部分是影响轮毂重量和强度的重要部分，它的尺寸和形状没有统一的标准。

轮辐的设计主要是从轮板数量和轮辐形状两个方面考虑，在设计中辐板数量影响轮毂的外观、强度、通风性、加工难易等，常用的有五辐、七辐、八辐、十辐等，而轮辐形状有星型、Y 型、V 型等。

2 动态弯曲疲劳试验根据国家标准，试验时轮毂承受一个与之相对旋转的弯矩。

本文采用轮毂旋转加载方式如图 2 所示，为了对车轮施加弯矩，以规定的 0.5 m 到 1.04 m距离(力臂)处施加一个平行于车轮安装面的力。

本文选用的力臂长 L 为0.6 m，确定应力最大位置时是让轮毂在一固定不动的弯矩下旋转，从而找出轮毂旋转过程中应力最大的位置，然后以此位置的载荷和约束为基础进行疲劳分析。

3 弯曲疲劳试验有限元模拟 3.1 最大应力位置的确定依据动态弯曲疲劳试验的要求，如图 2 所示，轮毂被紧固在试验装置的面上，装置上的夹具夹紧轮毂的轮缘，所以在对轮毂施加约束时，应在轴一侧轮辋外缘处施加固定约束，以此来固定它的 6 个自由度。

车轮强度试验有限元仿真
秦宇;蔡敢为;任延举;张磊
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2008(000)005
【摘要】利用ANSYS针对某车轮建立整体有限元模型,模拟车轮动态弯曲疲劳试验.得到车轮应力分布图,并对车轮寿命进行预测.然后对某车轮螺母座刚度试验进行模拟,得到其位移变化以及螺母座局部应力分布,最后通过试验对研究结果进行了验证,可为各类机车车轮的强度分析方法提供参考.
【总页数】3页(P10-11,17)
【作者】秦宇;蔡敢为;任延举;张磊
【作者单位】广西大学机械工程学院,广西,南宁530004;广西大学机械工程学院,广西,南宁530004;广西大学机械工程学院,广西,南宁530004;广西大学机械工程学院,广西,南宁530004
【正文语种】中文
【中图分类】U463.34
【相关文献】
1.汽车车轮疲劳试验有限元仿真的研究现状 [J], 孙跃
2.汽车车轮疲劳试验有限元仿真的研究现状 [J], 孙跃
3.车轮不圆顺轮轨滚动接触行为的动态有限元仿真方法 [J], 敬霖;刘凯;刘卓;黄志辉
4.铝合金车轮有限元仿真分析研究 [J], 朱文婧;王永林;章孟军
5.铝合金车轮有限元仿真分析研究 [J], 朱文婧;王永林;章孟军
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铝合金车轮的有限元强度分析及试验验证汽车铝合金车轮在受到交变的循环载荷作用并在达到一定的循环次数时，零件的表面会产生裂纹，裂纹继续扩大会导致构件断裂。

为提高产品的安全可靠性，对车轮有限元强度进行分析是十分必要的。

车轮疲劳仿真分析一般分为两个步骤：首先是用ANSYS有限元分析计算出轮毂的弯曲和径向应力；然后,再用ANSYS疲劳分析直接读入这些动态应力的计算结果并进行疲劳分析。

工作中构件的复杂结构、复杂动载荷对有限元分析有着显著的影响，而ANSYS疲劳分析充分考虑了结构形状、载荷形式的影响及其相应的疲劳分析计算方法[1]。

1 铝合金车轮ANSYS有限元分析在使用ANSYS对车轮进行有限元分析时，需要前处理、计算和后处理三大步骤。

前处理是根据计算目的，将连续的实际结构简化为理想的数学模型，用离散化的网格单元代替，并最终形成计算数据文件，其中包括：（1）在ANSYS中导入车轮的Unigraphics实体模型。

（2）车轮有限元模型的建立。

（3）附加属性的确定，包括材料特性参数、边界条件或约束信息载荷等。

以上操作均在ANSYS前处理模块中完成，然后将进入ANSYS求解模块进行计算分析，形成结果文件。

在计算完成以后，继续使用ANSYS对计算结果进行后处理，形成应力图、应变图等，可以准确清晰的看到车轮的应力、应变分布情况，确定最大应力区域（即最危险区域）和最大变形区域[2]。

1.1 铝合金车轮材料特性输入铝合金车轮材料为A356，经过T6热处理。

因此在ANSYS中输入材料属性(Material Property)时，选择为各向同性(Isotropic)，并且是线弹性的(Linear Elastic)，需要输入的参数为：弹性模量E：7.1×1010 N/mm2；密度ρ：2.7×10-3 g/mm3；泊松比：0.33；1.2 弯曲疲劳分析（1）网格划分及边界条件：由于车轮是形状极不规则的实体，因此选用对边界拟合能力较强的Solid92 10 node单元对车轮进行有限元网格划分。

轮毂强度、刚度仿真分析方法1.概述1.1轮毂铝合金车轮是汽车上的重要部件,它承受着车身重力、驱动力、制动力以及汽车转弯时的横向载荷。

在汽车的行驶过程中,特别是在高速公路上行驶时,如果车轮裂开会造成严重的交通事故。

需要对车轮的强度进行分析以确保其具有足够的强度以满足车辆行驶的安全要求。

在铝合金车轮产品的设计开发中,新产品通常要进行标准的强度实验,包括冲击实验、弯曲疲劳实验和径向滚动疲劳实验,只有达到一系列强度实验的指标要求才能进行产品的批量生产。

1.2使用软件说明ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如NASTRAN, I－DEAS, AutoCAD等。

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。

在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。

ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。

目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。

ANSYS Mechanical是利用ANSYS的求解器进行结构和热分析的。

其可进行结构、动态特性、热传递、磁场及形状优化的有限元分析。

1.3相关力学理论刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。

是材料或结构弹性变形难易程度的表征。

材料的刚度通常用弹性模量E来衡量。

在宏观弹性范围内，刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。

它的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。

刚度可分为静刚度和动刚度。

刚度是使物体产生单位变形所需的外力值。

刚度与物体的材料性质、几何形状、边界支持情况以及外力作用形式有关。

基于有限元仿真的轮胎操稳“虚拟送样”技术研究官声欣 周 涛 岑嘉祈万力轮胎股份有限公司摘 要：本文以205/55R16 H220轮胎建立了基于有限元仿真数据的PAC2002动力学模型，有限元仿真包括侧偏、纵滑、复合等六分力模型，以及自由滚动58APPLIED TECHNOLOGY应用技术定性都较好的Yeoh 模型来模拟，帘线材料采用rebar 单元，通过约束方法嵌入到对应的橡胶基体单元内，实现橡胶—帘线材料的模拟。

采用ABAQUS 隐式算法建立轮辋装配、轮胎充气、垂直载荷加载等，其中三维模型采用ABAQUS 软件的*SYMMETRIC MODEL GENERATION 命令，通过二维模型旋转360°生成，在接触问题的定义中，将轮辋和路面定义为刚体。

刚度模型在加载模型的基础上，按照企业标准，对路面施加载荷位移或者旋转角度，实现在横向、纵向、径向、扭转方向的边界条件，提取力—位移曲线、扭矩—角度曲线，在线性区计算各向刚度值，部分力—位移仿真和试验对比趋势基本一致。

轮胎径向和纵向力-位移曲线仿真和试验对比情况见图1。

2.轮胎六分力模型轮胎六分力试验主要获得在侧偏、纵滑、复合滑移等工况下，轮胎的3个方向的力和3个力矩，来反映轮胎的运动学响应。

试验是在MTS 试验台上进行的，所以根据MTS 试验台试验方法，来进行有限元仿真方法的设计。

纯侧偏工况通过赋值函数对轮胎施加±15°的侧偏角，同时，对路面施加指定的线速度，以实现纯侧偏的仿真。

侧倾侧偏工况根据轮胎侧倾状态，建立局部坐标系和旋转铰链，在此基础上，依据轮胎局部坐标系对轮胎施加侧偏运动；同时，保持路面以指定的线速度进行运动。

纯纵滑工况轮胎保持自由滚动，路面施加平动速度，通过调整自由滚动角速度来实现不同滑移率的纵滑工况仿真。

复合滑移工况使路面侧倾侧偏到需要的角速度，寻找侧倾侧偏后的轮胎自由滚动角速度，使轮胎在该角速度时纵向力为零。

汽车车轮动态弯曲疲劳试验的有限元模拟本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！汽车车轮是汽车的重要组成部分，承受了来自汽车的全部重量，它的可靠性直接影响汽车的安全行驶以及人的生命安全。

为了保证它的安全，国家对它出厂前需要通过的试验进行了规定，分别为动态弯曲疲劳试验、动态径向疲劳试验和冲击试验。

做这些试验需要轮毂产品和专用设备，增加了成本，同时还延长了产品的设计周期。

近年来，随着NX NASTRAN,ANSYS 等分析软件的发展、应用，通过计算机技术来模拟上述三个实验，将模拟分析结果作为设计的初始条件，可降低设计周期和实验成本，深受汽车企业欢迎。

车轮主要是由轮毂和轮胎组成的，而动态弯曲疲劳试验中只对轮毂进行了考察。

动态弯曲疲劳试验模拟了汽车行驶过程中受到弯曲力矩的情况，并且轮毂发生疲劳破坏的最主要原因就是弯曲疲劳，因此对它的研究显得尤为重要。

1 轮毂的三维建模轮毂主要是由轮辋和轮辐组成的，轮辋是轮毂上与轮胎接触的部分，文献[1]对它的尺寸做了规定，轮辐是与车轴实施安装连接，支撑轮辋的车轮部分。

轮辐部分是影响轮毂重量和强度的重要部分，它的尺寸和形状没有统一的标准。

轮辐的设计主要是从轮板数量和轮辐形状两个方面考虑，在设计中辐板数量影响轮毂的外观、强度、通风性、加工难易等，常用的有五辐、七辐、八辐、十辐等，而轮辐形状有星型、Y 型、V 型等。

2 动态弯曲疲劳试验根据国家标准，试验时轮毂承受一个与之相对旋转的弯矩。

本文采用轮毂旋转加载方式如图 2 所示，为了对车轮施加弯矩，以规定的m 到m距离(力臂)处施加一个平行于车轮安装面的力。

本文选用的力臂长L 为m，确定应力最大位置时是让轮毂在一固定不动的弯矩下旋转，从而找出轮毂旋转过程中应力最大的位置，然后以此位置的载荷和约束为基础进行疲劳分析。

3 弯曲疲劳试验有限元模拟最大应力位置的确定依据动态弯曲疲劳试验的要求，如图 2 所示，轮毂被紧固在试验装置的面上，装置上的夹具夹紧轮毂的轮缘，所以在对轮毂施加约束时，应在轴一侧轮辋外缘处施加固定约束，以此来固定它的 6 个自由度。

铝车轮冲击试验失效案例及其有限元分析铝车轮是一种重要的汽车零部件，用来支撑汽车的质量，提高汽车的运行效率。

然而，铝车轮的安全性应该得到充分的考虑，因此进行冲击试验是非常必要的。

本文将介绍一个铝车轮失效案例及其有限元分析。

该车轮是一款高端豪华车型的装备，经过了各种试验与认证，具有很高的质量和安全标准。

但是，在正常使用过程中，该车轮发生了严重的失效。

据了解，该车轮在高速行驶过程中，发生撞击，导致了车轮倒塌和车辆失控。

事故造成了严重的伤亡和财产损失，而造成这一事故的罪魁祸首竟然是车轮的结构问题。

为了找出车轮失效的原因，对该车轮进行了冲击试验。

冲击试验结果表明，该车轮的表面硬度达到了标准要求，同时也符合耐腐蚀性和疲劳强度的测试要求。

然而，在冲击试验的最后一项测试中，车轮出现了变形和裂纹，导致了终止试验的发生。

这些结果引起了研究人员的高度关注，他们开始使用有限元分析方法来找出车轮失效的原因。

有限元分析的结果表明，该车轮的设计问题是导致其失效的主要原因之一。

铝车轮的内部设计应该考虑到其在实际使用中的负载情况，以及消除任何可能导致失效的弱点。

分析表明，这个车轮肋骨间距离过大，轮缘宽度不足，两者都对车轮的强度和刚度产生了负面影响。

此外，铝车轮过厚或过薄也有可能导致破裂或断裂。

针对这些问题，研究人员提出了改进车轮结构的建议，例如增加肋骨数量，加厚轮缘等。

还建议使用更高强度的铝合金材料，提高车轮在压缩、切割和弯曲等载荷下的抗弯刚度和承载能力。

总的来说，冲击试验和有限元分析是检测铝车轮失效的有效方式。

通过这些测试和分析能够找到车轮设计的弱点，及时改进设计方案，提高铝车轮的质量和可靠性。

此外，有限元分析还可以帮助管制机构及汽车制造商在车轮设计之前进行虚拟试验，并执行更多样化的测试，以便在车轮投入使用之前，快速定位问题，避免其引发安全隐患。

同时还可以对车轮的结构进行优化，确保其在承受正常负荷的情况下，能够稳定运行。

除了测试和分析，铝车轮在制造过程中的工艺控制也是确保车轮质量的关键。