铝合金轮毂UG建模和ANSYS有限元应力分析

2012-10-26赵满玲仪登利闫绍峰

中国科技信息 2012年7期

关键词：轮毂夹角车轮

赵满玲仪登利闫绍峰

1.锦州市机电工程学校 121003；2.辽宁工业大学 121001

铝合金轮毂UG建模和ANSYS有限元应力分析

赵满玲1仪登利2闫绍峰2

1.锦州市机电工程学校 121003；2.辽宁工业大学 121001

基于CAD软件UG进行铝合金轮毂的三维建模，以幅板厚度和两幅板间夹角为变化量，建立了不同结构尺寸和形状的铝合金车轮模型。通过对有限元计算结果的分析，找到了幅板厚度和两幅板间夹角的最佳范围。结果表明：该方法可缩短设计周期，降低成本，对工程应用有一定的实用价值。

UG建模；铝合金轮毂；ANSYS；有限元

随着汽车工业的迅猛的发展，铝合金轮毂的应用越来越普遍。铝合金轮毂具有重量轻，降低油耗；散热性好，提高轮胎寿命；缓冲和吸震性好；造型美观，易加工，耐腐蚀等优点。但我国铝合金车轮行业普遍存在设计周期长，制造成本高等现状。因此采用先进的三维CAD软件和大型CAE 软件对汽车铝合金轮毂进行结构设计，有利于缩短设计周期，提高产品质量。

UG是应用最广泛的大型工程CAD软件之一,具有强大的建模功能，尤其是曲面造型功能强大；ANSYS是一款大型的通用CAE软件，其有限元分析功能强大。基于上述考虑，将UG和ANSYS两个软件结合起来，在UG中构建铝合金轮毂的几何模型，在ANSYS中对模型进行有限元分析。

1. UG建模

图1 B=50°车轮模型图2T=10mm车轮模型Fig.1B=50°Wheel model Fig. 2T=10mm Wheel model

U G建模在Windows 2000、WindowsXP系统平台上安装UG软件并运行，进入主界面，建立新文件即可使用。分别以幅板厚度T和两幅板间夹角B为参数建立了铝合金车轮的参数化模型，以得到不同结构尺寸和形状的铝合金车轮。其步骤如下：

1.1 进入草图编辑器，用样条曲线画出轮辋的轮廓线，选择插入＞偏置曲线，在弹出的偏置曲线对话框中设置偏置距离，确定轮辋厚度然后退出草图。

1.2 选择,回转命令，旋转角度为360°，生成轮辋实体。

1.3 进入草图环境，建立车轮轮辐和轮毂轮廓线。利用旋转、阵列等命令，创建轮辐和轮毂。

1.4 用求和对话框，实现轮辋和轮幅的结合统一。

1.5 选择工具菜单中的表达式功能，实现车轮的参数化设计。设置两个变量，一为幅板厚度T,另一为两幅板间夹角B。

1.6 在工具菜单中可视化编辑器中，通过改变T和B的值，建立不同结构尺寸和形状的车轮模型，形成模型库。部分模型如图1和图2所示。

2 有限元应力分析

2.1 应力分析

保持幅板间夹角不变，对幅板不同厚度的铝合金车轮进行应力计算。Colour Plot云图如图3所示。从云图显示应力结果上看，最大应力值出现在幅板根部，这与实际冲击试验时幅板根部常发生断裂的结果一致；保持幅板厚度不变，对幅板间不同夹角的铝合金车轮进行应力计算。Colour Plot云图如图4所示。从云图显示应力结果上看，最大应力值出现在幅板根部，这也与实际试验结果一致。

图3 应力云图Fig.3Stress nephogram

图4 应力云图Fig.4Stress nephogram

2.2 不同条件下应力计算结果

2.3 应力结果分析

将表1和表2结果分别绘制成图5和图6，并与铝合金材料的许用应力值作比较：由图5可知，幅板厚度在16＜T≤20范围时，车轮的最大应力值小于铝合金材料的许用应力240MPa，此时车轮达到强度要求，为了满足材料较省（幅板厚度值小），同时车轮的最大应力值还较小两个条件，幅板厚度的最佳范围为18mm至20mm之间；由图6可知，幅板间夹角在50°至60°范围内变化时，夹角越大，车轮的应力值越小，车轮越安全。当两幅板间夹角为60°时，车轮的最大应力值最小，车轮是最安全的。因此，幅板间夹角的最佳范围为53°至60°。