轿车铝合金车轮模态计算和优化设计

发布时间：2020-10-10 07:47

【摘要】： 随着经济、社会的发展,人们对轿车使用性能的要求越来越高,从而对车轮的使用性能越来越重视。车轮不仅需要具备良好的静力学特性,还必须具备良好的结构动态特性。利用有限元法进行结构模态分析,可以得到车轮结构的动态特性。由于车轮模型形式多样、结构复杂,对其进行结构优化设计具有很高的难度。对某一类型车轮的优化设计进行了探索性的研究,研究结果表明,通过对车轮结构的优化设计,可以进一步降低车轮的重量,在保证车轮性能的前提下充分地节省材料并改善车辆行驶性能,对降低车轮制造的成本具有重要的意义。系统地研究了轿车铝合金车轮的有限元模型建立,模态计算,刚度计算,弯曲分析与优化设计的方法。首先利用ANSYS软件建立车轮三维空间几何模型,然后用三维实体单元对该车轮的几何模型进行离散化处理,得到车轮有限元模型。而后在对结构、边界条件简化的基础上,分别建立了车轮轮辋刚度计算、车轮模态计算和车轮弯曲分析有限元模型。采用有限元法对轿车铝合金车轮的有限元模型进行模态计算,求得了车轮的固有频率和固有振型。此外,模态计算还以有限元理论为依据,考虑了车轮行驶速度的影响,将其通过预应力效应的方式施加在车轮上。建立了综合考虑车轮轮辋刚度、车轮模态和车轮弯曲疲劳寿命的影响的一个17英寸车轮结构优化设计模型,并在此基础上对该车轮进行了优化设计,得出了更加合理的车轮结构参数。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U463.34;TH122
【图文】：

截面图,车轮,截面,减重孔

转拉伸成车轮模型，然后建立车轮减重孔的模型，对车轮模型与减重孔模型进行布尔减操作即可得到车轮几何模型。图4-1 车轮截面Fig.4-1 Section of the wheel

车轮,有限元模型

(4)对车轮几何模型进行有限元网格划分得到车轮有限元模型如图4-2 所示，该模型共有 68765 个单元，115931 个节点。图4-2 车轮有限元模型Fig.4-2 Finite element model of the wheel4.2 加载与求解这一步要定义分析类型和分析选项，施加约束，指定载荷步选项，然后进行固有频率的计算。具体的步骤如下：(1)指定分析类型创建一个新的分析，选择分析类型为模态分析。(2)设定模态分析选项考虑到对车轮动态特性影响较大的频率集中在低、中频段，因此提取模型的低、中频段的各阶模态，即能满足对车轮进行动力学特性研究的要求。ANSYS 软件计算频率范围的选取是指选取求解和提取模态的频段。在 0-2000Hz 内提取模态。模态提取方法主要取决于模型的大小(相对于计算机的计算能力而言)和具体的应用场合。综合比较几种方法，由于铝合金车轮的有限元模型含有较多的节点和单元。另外，结构的复杂性使得有限元模型中不免含有形状较差的实体单元。结合模型

振型图,振型,车轮