CATIA轮毂弯曲疲劳分析

轮辋动态弯曲疲劳试验国际先进的数据指标轮辋动态弯曲疲劳试验国际先进的数据指标1.引言轮辋是列车行驶的关键部件，其安全性和可靠性直接关系到列车的运行安全。

在轮辋的设计和制造过程中，动态弯曲疲劳试验是不可或缺的一环，它能够评估轮辋在列车运行过程中承受动态负荷的能力，为轮辋的设计和制造提供重要的参考依据。

而国际先进的数据指标对于轮辋动态弯曲疲劳试验具有重要的指导意义，本文将全面评估轮辋动态弯曲疲劳试验国际先进的数据指标，并且针对其意义进行深入探讨。

2.轮辋动态弯曲疲劳试验的重要性轮辋作为列车的重要部件，承受着巨大的动态负荷，因此其动态弯曲疲劳特性成为了制约其安全可靠性的关键。

而动态弯曲疲劳试验正是以模拟列车实际运行过程中的动态载荷作用下的状态，来评估轮辋的疲劳特性和寿命，因此具有不可替代的重要性。

3.国际先进的数据指标在轮辋动态弯曲疲劳试验中，国际先进的数据指标是评估轮辋性能的重要依据。

这些数据指标主要包括疲劳极限、应力幅值、载荷频率、载荷比等。

其中，疲劳极限是指在特定载荷下轮辋能够承受的最大循环次数，是评估轮辋疲劳寿命的重要参数；应力幅值则是表示轮辋在动态载荷作用下的实际应力范围，直接影响着轮辋的疲劳破坏；载荷频率和载荷比则是评估轮辋受载荷循环变化情况的重要参数。

4.国际先进的数据指标意义的深入探讨国际先进的数据指标对于轮辋动态弯曲疲劳试验具有重要的指导意义，其重要性主要体现在以下几个方面：这些数据指标能够全面、客观地评估轮辋的实际工作状态和疲劳特性，为轮辋的设计和制造提供重要的参考依据；国际先进的数据指标能够对轮辋的寿命进行准确评估，有助于延长轮辋的使用寿命和提高其可靠性；这些数据指标还能够为轮辋的性能改进和优化提供重要依据，有助于提高轮辋的安全性和稳定性。

5.个人观点和理解在我看来，国际先进的数据指标对于轮辋动态弯曲疲劳试验具有非常重要的意义。

它不仅可以全面客观地评估轮辋的疲劳特性，为轮辋的设计和制造提供重要依据，同时还能够对轮辋的寿命进行准确评估，为轮辋的使用和维护提供重要参考，有助于延长轮辋的使用寿命和提高其可靠性。

铝合金车轮动态弯曲疲劳寿命预测引言车轮是汽车的重要安全部件，对汽车的行驶安全性、平顺性和乘员舒适性有重要影响。

车轮一般在随机动载荷作用下工作，造成车轮失效的主要形式为疲劳破坏。

车轮在使用前必须通过多项性能试验，其中动态弯曲疲劳试验是一项重要的测试环节。

文献[1]指出，车轮的疲劳破坏主要是由弯矩作用引起，弯曲疲劳成为车轮破坏的主要原因。

如果能在设计阶段预测出车轮的疲劳寿命和破坏部位，将有利于结构改进和优化设计。

近年来，铝合金车轮已经得到广泛使用，铝制车轮不仅可以提供较高的承载能力，节省能源消耗，而且还能满足外观个性化设计的要求。

凭借经验的传统设计模式已经不能适应现代化的开发要求，目前已逐渐过渡到运用有限元技术的发展阶段。

本文以某款22X8.5JJ 铝合金车轮为例，模拟动态弯曲疲劳试验过程，并预测车轮的疲劳寿命和破坏部位。

1 车轮动态疲劳寿命预测分析过程分析流程如图1 所示，首先对车轮进行有限元静态计算，得到试验条件下一个载荷循环的结果响应，然后提取各载荷步的应力、应变作为疲劳损伤载荷。

疲劳寿命分析时采用主应变准则，并考虑平均应力的影响，最后应用Miner 法则对单个载荷循环造成的损伤进行累积并计算疲劳寿命。

图1 车轮疲劳寿命预测流程图2 车轮动态弯曲疲劳试验车轮动态弯曲疲劳试验常用的标准有JWL 标准、DOT 标准和ISO 标准等，这些标准都是模拟车轮在弯短作用下的受载情况。

试验装置如图2 所示，车轮固定在试验台上，通过加载杆对车轮施加旋转弯矩。

图2 弯曲疲劳试验装置示意图汽车行业标准QC/T 221-1997 规定轻合金车毂轮动态弯曲疲劳试验弯短计算公式为M = ( uR + h) FS (1) 式中U ——轮胎与道路的摩擦因数R——静载半径(汽车制造厂规定与该轮毂配用轮胎的静载半径) h——车轮内偏距或外偏距。

钢制车轮动态弯曲试验疲劳寿命预测鄢奉林;陆兵;倪利勇【摘要】建立了钢制车轮动态弯曲疲劳试验的有限元静力学模型,分析了试验条件下一个载荷循环的结果响应,得到了八个载荷步的疲劳损伤载荷.基于Ansys/Fe-safe耐久性分析软件,用多轴临界面疲劳损伤模型,采用Brown-Miller准则,预测了车轮弯曲试验疲劳寿命.结果表明车轮动态弯曲疲劳试验性能满足要求,但疲劳安全系数不高.给出了改进设计的建议.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】3页(P117-119)【关键词】钢制车轮;动态弯曲试验;疲劳寿命;预测【作者】鄢奉林;陆兵;倪利勇【作者单位】广东海洋大学工程学院,湛江,524025;广东海洋大学工程学院,湛江,524025;广东海洋大学工程学院,湛江,524025【正文语种】中文【中图分类】TH16;TP391.71 引言车轮是汽车行驶系统中重要的安全部件，起着承载、转向、驱动、制动等作用，对汽车的行驶安全性、平顺性和乘员舒适性有重要影响。

车轮一般在随机动载荷作用下工作，造成车轮失效的主要形式为疲劳破坏。

车轮在使用前必须通过多项性能试验，其中动态弯曲疲劳试验是一项重要的测试环节。

如果能在设计阶段预测出车轮的疲劳寿命和破坏部位，将有利于结构改进和优化设计。

国外普遍采用仿真和试验相结合的方法，在产品设计阶段进行仿真分析，根据仿真反复修改设计，最后制造样件进行台架试验。

这种方法在国内也得到了应用[1-8]。

车轮承受多轴载荷，而且几何形状比较复杂，导致车轮表面处于多轴应力状态。

国内王波[9]用实验确定汽车钢圈上点的多轴应力状态，并计算了疲劳寿命。

郑红霞[10]用应力法则分析了车轮多轴疲劳强度。

钢制车轮材料为具有延性的结构钢，用局部应力应变法来估算寿命比较合适[11-12]。

本文对某厂设计的钢制车轮进行有限元分析，以获得应力载荷历程，根据材料多轴疲劳应变－寿命曲线，用局部应力应变法对车轮弯曲疲劳寿命进行预测，用以指导车轮设计和制造。

《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性强和良好的成形性等特点，在汽车工业中得到了广泛应用。

然而，其在实际使用中经常面临弯曲疲劳的问题，导致失效和安全隐患。

因此，对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究显得尤为重要。

本文旨在探讨铝合金车轮在弯曲疲劳实验中的失效模式，并对其工艺进行深入研究。

二、铝合金车轮弯曲疲劳实验方法及设备铝合金车轮的弯曲疲劳实验主要借助专用的实验设备进行，如轮毂弯曲测试机等。

通过设定一定的加载速度、位移、循环次数等参数，模拟车轮在实际使用中的受力情况。

在实验过程中，记录下数据，包括加载力、位移、循环次数等，以及车轮的形变情况。

三、铝合金车轮弯曲疲劳实验失效模式分析经过大量的实验数据收集与分析，铝合金车轮的弯曲疲劳失效模式主要有以下几种：1. 表面裂纹：在反复的弯曲过程中，车轮表面可能出现裂纹，这是由于材料表面受到的应力超过了其承受极限。

2. 内部断裂：由于材料内部存在缺陷或应力集中现象，导致在长时间的弯曲过程中出现内部断裂。

3. 形变过大：车轮在持续的弯曲作用下，其形状可能发生永久性的变化，超过了一定的范围。

四、铝合金车轮的工艺研究针对铝合金车轮的失效模式，我们需要对其生产工艺进行优化。

主要的工艺包括材料选择、铸造工艺、热处理等。

1. 材料选择：选择具有高强度、高韧性和良好抗疲劳性能的铝合金材料。

2. 铸造工艺：优化铸造过程中的温度控制、模具设计等，减少内部应力集中和缺陷的产生。

3. 热处理：对铸造后的车轮进行适当的热处理，提高材料的性能。

五、工艺优化建议与实验验证根据上述的工艺研究，我们提出以下优化建议：1. 选择更加优质的铝合金材料。

2. 对铸造过程进行精细化控制，如优化温度控制范围、模具材料及设计等。

3. 对车轮进行适当的热处理，如淬火和回火等，提高其力学性能和抗疲劳性能。

为了验证这些优化建议的有效性，我们进行了对比实验。

汽车齿轮钢弯曲疲劳性能研究张峰，郑立新，汪维新<东风商用车技术中心工艺研究所，湖北十堰 442001）摘要：采用自行设计的弯曲疲劳试样，在831Mpa、868Mpa、906Mpa应力水平下对几种常用齿轮钢弯曲疲劳性能进行了对比实验分析，量化了表面质量、心部硬度对齿轮钢弯曲疲劳性能的影响。

探索了提高驱动桥齿轮承载能力的技术途径。

关键词：汽车齿轮钢，弯曲疲劳试样，弯曲疲劳性能中图分类号：TG142.41 文献标识码：AStudy On The Flexural Fatigue Behavior Of Gear Steel for AutomobileZhang Feng，Zheng Li Xin，Wang Wei Xin(Material and Technology Institute of DongFeng Commercial Vehicle Technical Center, Shiyan hubei442001, China>Abstracts:The flexural fatigue behavior of the self-designing specimens of several gear steels on the different loads, 831Mpa，868Mpa and 906Mpa was analyzed. The effects of surface quality, matrix hardness on the flexural fatigue perfomance of gear steels have been discussed.The technical approach improving gear carrying capacity was explored.Key Words:gear steel for automobile, flexural fatigue specimen，flexural fatigue behavior重型车辆用来传输动力、驱动重型车辆前进的驱动桥齿轮在工作状态下承受较大的脉动弯曲载荷和冲击弯曲载荷，易造成轮齿弯曲疲劳断裂或过载断裂；而齿面间的脉动正压力和相对滑动则可能导致齿轮的接触疲劳损伤[1]。

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]。

1铝合金车轮弯曲疲劳实验介绍汽车车轮的优劣直接影响着汽车整体性能，包括对行驶稳定性、安全性的影响，对驾驶操控性的影响，对乘客乘坐舒适性的影响，对汽车加速和制动性能的影响等。

车轮的优劣已经同汽车油耗一样，成为衡量整车质量和档次高低的重要指标之一。

根据国内和国际标准化组织的规定，车轮在出厂前必须通过冲击试验、径向疲劳试验和动态弯曲疲劳试验等实验方式对车轮性能进行试验。

其中动态弯曲疲劳实验通常也简称为弯曲疲劳实验，具体实验过程如下。

试样旋转同时承受一定的弯矩。

由力产生的弯矩恒定不变并且不转动或者车轮固定不动，而承受一个旋转的弯矩(见图1和图2)。

试样可在一处或两处固定轮毂进行悬臂试验，也可四点固定轮毂进行横梁试验。

直至试样失效或超出预定应力循环周期。

采用的国标为GB/T5334-2005，试验装置如图1。

按照车轮的实际安装情况，对螺母施加扭矩最低值的115%的载荷，螺母不加润滑剂将车轮固定于试验装置上，保持试验连接件和车轮配合面的清洁。

试验时为保持车轮上的螺栓和螺母配合的可靠性，可多次紧固。

加载系统需控制规定的载荷，误差在±2.5%范围内。

如果螺栓在试验过程中失效破坏，更换螺栓后仍可继续试验。

高速旋转下，此装置可能会因摩擦产生大量热量，对实验结果产生较大影响。

试验弯矩由公式M=（μR+d ）FS 确定。

其中M 、μ、R 、d 、F 、S 分别表示弯矩、轮胎与道路之间的磨擦系数、静负荷半径、车轮偏距、车轮最大额定载荷、强化试验系数。

失效判定依据：①达到规定的循环周期后车轮出现可见的疲劳裂纹；②车轮出现其他失效形式致使车轮无法完成其所需的循环周图2轮毂弯曲疲劳试验装置示意图铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析侯福月中信戴卡股份有限公司河北秦皇岛066004摘要:汽车车轮在汽车运行时同时受到弯矩和冲击等多种载荷，车轮弯曲疲劳试验是检测车轮的力学性能指标的一项重要实验。

本文针对铝合金车轮弯曲疲劳试验的实验原理和试验过程做了介绍，对于疲劳实验失效进行了具体的分析，根据试验后车轮尺寸的变化、断裂处断口形貌特征和对车轮进行渗透探伤结果的对比、判断和分析，进一步明确造成车轮疲劳失效的原因和影响因素等问题。

装备环境工程第20卷第5期·70·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年5月基于数值仿真的全表面轮毂弯曲疲劳试验及疲劳寿命分析朱志鹏1，汤永1，李火平2，孙云伟1，邓文1，宋桂秋3（1.中国直升机设计研究所，江西景德镇 333001；2.中国人民解放军92281部队，山东诸城 262200；3. 东北大学机械工程与自动化学院，沈阳 110001）摘要：目的预测钢制全表面轮毂易产生疲劳破坏的危险区域，并分析其弯曲疲劳寿命。

方法针对全表面轮毂的弯曲疲劳试验工况，建立有限元分析模型，综合考虑螺栓拧紧方式、螺栓预紧力以及材料非线性特征的影响，通过在加载轴末端建立局部坐标系，实现载荷的分解，并最终实现弯矩的动态加载。

在此基础上，进行轮毂的受力分析，然后构造适用于轮毂的应力寿命曲线，并使用名义应力法进行疲劳寿命预测。

结果动态弯矩的加载方向变化会显著影响轮辐表面的应力分布特点，螺栓预紧力施加后，螺栓孔附近区域的应力显著增大，在计算中应考虑其影响。

在获得各节点载荷历程后，以高应力幅和平均应力为标准，筛选出了轮毂的危险节点。

结论基于数值仿真的本型全表面轮毂弯曲疲劳试验，危险节点位置均位于轮辐通风孔的内圆角附近区域，可有针对性地对该区域进行相应的优化设计，以进一步提高轮毂的弯曲疲劳寿命。

分析得到当前轮辋弯曲疲劳寿命约7.6万次，符合国家标准的要求。

关键词：全表面轮毂；弯曲疲劳；数值分析；材料非线性；预紧力影响；寿命预测中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)05-0070-10DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.05.011Bending Fatigue Test and Fatigue Life Analysis of Full-surface Hub Basedon Numerical SimulationZHU Zhi-peng1, TANG Yong1, LI Huo-ping2, SUN Yun-wei1, DENG Wen1, SONG Gui-qiu3(1. China Helicopter Research and Development Institute, Jiangxi Jingdezhen 333001, China; 2.Unit 92281 of Chinese People’sLiberation Army, Shandong Zhucheng 262200, China; 3. School of Mechanical Engineering & Automation,Northeastern University, Shenyang Liaoning 110001, China)ABSTRACT: The work aims to predict the dangerous areas prone to fatigue damage and analyze the bending fatigue life of steel full-surface hubs.A finite element analysis model was established for the bending fatigue test condition of the full-surface hub. The method of bolt tightening, the impact of bolt preload on the hub, and the nonlinear characteristics of the material were收稿日期：2023–03–20；修订日期：2023–04–20Received：2023-03-20；Revised：2023-04-20基金项目：航空科学基金（2018ZF02005）Fund：Aviation Science Foundation (2018ZF02005)作者简介：朱志鹏（1989—），男，博士。

8.2 轮毂（曲面）设计本节以图8-58所示的汽车轮毂为例，来对曲面设计的相关命令用法进行说明。

气门孔轮辐轮毂轮辋槽底图8-59 汽车轮毂从上图实例进行分析，物体结构为对称结构形式，每个螺孔两侧对应一组对称结构，所以只要完成其四分之一的结构造型，就可通过对称或旋转来完成整个轮毂结构绘制。

而整个轮毂从轴心向个又可分为轮毂、轮辐和轮辋三部分，在此先确定轮毂的坐标系：按照轮胎坐标系，车轮转动轴线为x轴，垂向为z轴，前进方向为x轴。

下面对操作过程分步说明。

8.2.1 生成轮辐单击菜单File→New，新建一个Shape文件，点击OK后在弹出图8-60所示的“Shape name”框中键入“hub”作为文件名。

图8-60 键入文件名“lungu”单击OK进入曲面设计工作台，如图8-61所示，如果此时不是曲面工作台，则还要再从开始菜单选择Shape→“Generative Shape Design”进入曲面设计模块。

（1）从内向外进行绘制，所以进入yz平面绘制断面轮廓进行旋转。

进入yz平面绘制草图如图8-62所示：绘制一个圆弧，圆心在横轴上，起点在纵轴上，距横轴50mm，半径为100 mm，终点横坐标为40。

Part Design图标图8-61 初始结构树图8-62 绘制轮毂外廓草图退出草图设计工作台，在曲面设计模块选择图标，在弹出的旋转曲面对话框中默认轮廓为Sketch.1，右键选择Y Axis为转轴，向一侧转动45度生成曲面，如图8-63所示。

图8-63 旋转草图设置（2）单击图标，弹出如下对话框，新建相对xy平面偏移300mm的plane.1。

图8-64 新建参考平面选择新建的plane.1，进入草图绘制模块，绘制图8-65所示草图，图中纵向为H轴。

Rotate.1Sketch.1图8-65 Plane.1上的轮廓图8-66 Sketch.1转动11.25°如图8-66所示，将Sketch.1绕水平轴线转动11.25°，生成Rotate.1。