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原文传递汽车高强钢车轮设计方法及其轮辐成形工艺研究

论文题名：	汽车高强钢车轮设计方法及其轮辐成形工艺研究
关键词：	汽车;高强钢;车轮设计;方法及;轮辐;成形工艺;弯曲疲劳试验;车轮轮辋;径向疲劳;有限元分析;应力集中;三维参数化设计;旋压;通风孔;钢车轮;载荷;试验模型;疲劳性能;疲劳强度;开发过程
摘要：	高强度钢在汽车车轮上的应用，对于汽车的节材减重与降耗减排具有显著效果。本文主要对高强钢车轮的设计方法以及轮辐的成形工艺进行了研究。通过将板料成形过程有限元分析、有限元结构分析等CAE技术以及三维参数化设计技术运用到车轮的设计和开发过程中，实现车轮的成形工艺和车轮结构的优化设计，达到快速、准确、低成本、高效率的设计制造车轮的目的，为高强度钢车轮的设计开发以及车轮的轻量化提供科学指导。　　 (1)通过单向拉伸试验测得RCL590高强钢的材料参数，利用板料成形模拟软件Dynaform对该材料轮辐（14×5.5J型）的关键成形工艺拉深和翻边进行了研究，结果表明其冲压成形性能良好，据此确定了RCL590高强钢轮辐的最终成形工艺方案：落料冲孔、初拉深、反拉深、中心孔翻边、冲螺栓孔底孔、挤螺栓孔锥角、冲通风孔、外缘翻边。　　 (2)以有限元分析软件MSC.Patran和MSC.Marc为平台，研究了车轮的弯曲疲劳试验和径向疲劳试验的有限元仿真建模方法。在弯曲疲劳试验模型中，建立了加载杆与车轮的CAD模型，两者设定为同种材料，车轮固定不动。通过用户子程序Forcem对Marc进行二次开发，设定一个随积分点位置变化而发生移动的均匀分布载荷，使载荷自动沿加载杆端部外表面顺序移动一圈，从而实现了对车轮的弯矩动态加载。车轮的径向疲劳强度一般远高于其弯曲疲劳强度，其寿命分析可简化计算。在径向疲劳试验模型中，将径向疲劳动态分析转化为静态分析，只考虑某一时刻（车轮相对静止）转鼓与轮胎接触时车轮的受力情况（不考虑轮胎）。同时，建模时利用车轮的结构和载荷的对称性，只取一半进行分析。　　 (3)利用建立的车轮台架试验有限元模型，对比分析了22.5×9.00J型钢制车轮的三种设计方案，重点研究了轮辋局部厚度减薄对车轮整体强度和寿命的影响，为旋压技术在高强钢车轮中的应用提供了指导。结果表明，弯曲疲劳试验主要测定轮辐的疲劳性能，径向疲劳试验主要测定轮辋的疲劳性能。在弯曲疲劳试验的加载周期内，轮辐通风孔附近是主要的应力集中区，应力危险点在各个时间工步的等效Von Mises应力值符合正弦曲线变化规律，随着轮辋旋压区域的扩大，通风孔周围的潜在危险点数目增加，但应力最大值没有明显变化，不过轮辋与轮辐的应力水平差距明显缩小。在承受径向载荷时，车轮的轮辋比轮辐更容易受到强度破坏成为潜在危险区，轮缘与胎圈座的倒圆处（轮缘过渡圆）、胎圈座与凹槽的过渡处（槽顶圆）及轮辋体两凹槽之间的圆弧连接处，均为存在应力集中的薄弱区域。随着轮辋旋压区域的扩大，其各处的应力值大小显著增加，在拟旋压的右侧槽顶圆附近达到最大。旋压设计应避免在上述危险区域进行，而应集中在靠近轮辐侧的胎圈座和凹槽周围。　　 (4)以三维造型软件UG为平台，综合应用UG部件族电子表格和UG/Open系列工具开发了车轮轮辋的的三维参数化设计标准件库。在开发过程中，分别利用部件族创建轮辋自由变化参数的数据库，UG/Open MenuScript编制用户菜单，UG/Open UIStyler设计用户对话框，UG/Open API和C语言联合开发调用程序，最后实现了车轮轮辋的快速精确设计。
作者：	王翔
专业：	材料加工工程
导师：	管延锦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文