某轻型卡车车轮轻量化设计分析

周科

摘 要：车轮弯曲载荷有限元仿真计算模型的创建离不开ABAQUS工具的支持。轻量化的分析要通过如某轻型卡车车轮的情况进行展开，这是为了预测卡车车轮疲劳仿真试验和预测弯曲疲劳寿命。原有的8毫米的380CL材料被6毫米的490CL材料取代是轮辐在仿真分析弯曲疲劳寿命时所进行的内容。为了使本次实验方案的可行性增加，在使用轻量化车轮的同时，也要使用疲劳合格的以及符合要求的实验室台架。并且，下降车轮成本的目的是要将减重设计成功。

关键词：车轮轻量化设计;弯曲疲劳试验;仿真

1 车轮参数以及试验方法

在零部件中，轮胎的重量在支撑车方面是最重要的，其作为不可缺少的汽车的一个重要组成部分，介于车桥和轮胎之间的就是车轮，其组件为旋转式，由轮辐和轮辋两部分组成。其中装在桥上的是前者，将用来进行轮胎的安装作为主要目的的是后者，其将承受与轮胎一样大的负荷。

2 现有车轮弯曲疲劳试验的仿真分析

2.1 车轮有限元仿真的建立

M=4733.5Nm是根据车轮相关参数可求得的试验弯矩;85000N是其螺栓预紧力，按45万次执行的气压标准是最低疲劳循环次数所参照的对象，30万次为GB/T 5909 的要求次数。

试验工况的弯曲为了被模拟出来，应建立加载轴与安装盘模型。将螺栓孔与轮辐连接安装盘，最后将轮辐加载轴传递到安装盘上。

2.2 模型的简化

分布存在影响在弯曲载荷作用下应力对螺栓预紧力的实验：工具ABAQUS是被本仿真所运用到的，车轮仿真模型被建立，密度7.9g/cm3是车轮材料所设置的，2×105Mpa是其轮辐弹性模量的数值，2.11×105MPa是加载盘与螺栓取弹性模量的值，0.3是泊松比均设值。螺栓预紧力进行85000N的施加是通过ABAQUS中的bolt load。

车轮的一阶固有频率在弯曲疲劳试验时被轴端载荷的旋转频率远远低于的原因是，作用于加载轴端分析的一系列静态加载方式将旋转弯曲载荷时还要进行仿真分析。且工程需要的满足离不开其误差产生的很小。由于整个车轮的对称性（0°和180°有所差别的原因是不完全对称的轮辐通风口处局部开口位置），将静态作用力依次施加的选取为90°，范围为每隔30°进行一次，5个方向的完成结果的计算离不开其作用力周期下车轮受力状态完整这一原因才会造成。这提供了其疲劳寿命预测的宝贵基础。

2.3 结果分析

将应力分布对于车轮动态弯曲疲劳的分析后，可以在考虑螺栓预紧力后看出现在螺栓孔附近区域的最大应力是轮辐，但由于应力集中往往存在于螺栓孔处倒角处，且224MPa是除一圈应力集中单元后的应力值，小于材料的许用应力（380CL屈服强度：235MPa），说明钢圈在静载条件下是安全的。

2.4 弯曲疲劳结果分析

为了预测进行的车轮弯曲疲劳的寿命，应力值应在不同加载方向被读取。应力结果代入轮辐材料B380CL的S-N曲线lgN=27.5786-9.5300lgS中可知：当要求疲劳寿命满足45万次时的循环应力水平为199.8MPa，191.68MPa是其弯曲疲劳试验模拟的最大循环应力，弯曲疲劳循环要求故被仿真结果所满足。

3 轻量化车轮台架试验

依据GB/T5909《商用车辆车轮性能要求和试验方法》进行实施检测工作对于实验室的弯曲疲劳进行测试检验有很大准确性的保障，车轮状态的检验在不同受力状态下也是不同的，30、60、90万次的受力检测的分析情况是在疲劳极限范围内轮胎能够按照实际要求符合运行的重要保证，达到疲劳极限次数的数据信息的确认是其成为参考的重要保障。最终结果通过实验得以显示：进行弯曲疲劳试验的过程中60万次相应的数据信息和车轮状态显示良好;但受力达到90万次就会有裂纹产生。结论在此可以被我们得出：试验要求的基本符合是使用轻量化的车轮，并且将结果和仿真分析保持一致。

4 实现轻量化设计的研究分析

对比结果在輪胎性能和降本额度以及进行处理后的优化实现如表所示：

在对性能和降本额度中需要解释说明的论述和分析中基本的轮辐价格的确定是通过市场行情依据的，高约0.25元/kg的价格是490CL材料比380CL材料的价格差。

6mm是490CL轮辐材料运用时能够被合理控制的轮辐厚度。在实验分析中有关疲劳仿真的部分可以得到，要求至少达到45万次疲劳循环的轮胎才能实现优化处理。只有1.6kg的重量是经过优化处理后相应的零部件所特有的质量，同时3.7元也是大约在每个轮胎上单独所花费的成本，为了将使用寿命得以延长这一目的所达到必须要实现一些基本要求如：轮胎轻量化和减少成本额度。

5 结束语

车轮动态弯曲疲劳试验标准是被本文主要使用的试验标准，分析仿真方法是用来将车轮所确立的，ABAQUS工具也是本文所运用的主要方法，车轮弯曲载荷有限元仿真计算模型在本文也被得以建立，车轮受力状况在弯曲载荷的作用下的得出离不开本文的仿真实验是车轮进行弯曲的疲劳实验。寿命预测在弯曲车道对车轮的检测中也进行的很成功。原有的8毫米的380CL材料被6毫米的490CL材料取代是轮辐在仿真分析弯曲疲劳寿命时所进行的内容，为了使本次实验方案的可行性增加，在使用轻量化车轮的同时，也要使用疲劳合格的以及符合要求的实验室台架。并且，下降车轮成本的目的是要将减重设计成功。

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