铝合金车轮疲劳寿命的预测

试验检测

铝合金车轮疲劳寿命的预测

实现汽车轻量化有助于改善汽车燃油经济性，如车轮的轻量化。对车轮实现轻量化还能够减轻簧下质量，提高汽车的乘坐舒适性。对车轮的轻量化可通过采用铝合金材料实现。铝合金车轮在应用前需要保证其具有足够的安全性，80%以上的车轮破坏是由于疲劳破坏引起的，因而疲劳特性成为了车轮安全性能中最关键的指标。若能在铝合金车轮的设计阶段对其疲劳寿命进行预测，则可以降低铝合金车轮的开发风险，缩短开发周期。给出一种预测铝合金车轮疲劳寿命的方法，并将该方法的预测结果与真实试验的测试结果对比。

选择A356-T6铝合金铸造车轮作为预测对象。首先，从铝合金车轮3个不同位置提取了直径为6mm的圆柱形试样，进行材料特性的确定。根据美国材料协会（ASTM）和国际标准化组织（ISO）制定的测试规范，对取出的试样进行可控应变的扭转测试和可控加载的疲劳测试，得到材料的应力应变曲线，并通过旋转疲劳试验台测量铝合金车轮的疲劳寿命。之后，在有限元软件中建立铝合金车轮的有限元模型，模型中的材料属性根据之前圆柱形试样的测试结果设定，单元类型则选择10节点的四面体单元。确定有限元模型的边界条件和负荷时，车轮轮辋部分与之前试验台夹具接触的所有节点。既设置位移约束又设置螺栓压紧力约束，并在其上施加一个旋转弯矩。进行有限元计算时，分别采用正弦疲劳准则和临界平面准则计算铝合金车轮的疲劳寿命。最后，将试验测量结果与有限元分析结果对比，显示两种准则下预测出的疲劳寿命值均低于试验测量结果，最大误差低于10%。这种误差可能是由对圆柱形试样进行材料特性确定时的误差引起的。

FedericoBalloetal.SAE 2016-01-1575.

编译：陈丁跃