【正文】 37】 (l)創(chuàng)建有限元分析模型，選擇求解器為 NX Nastran，分析類型為結(jié)構(gòu)分析 (2)創(chuàng)建理想化部件文件。 因此，本研究綜合考慮，利用 UG NX 的高級仿真模塊對鋁合金汽車輪轂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞特性進(jìn)行有限元分析。 利用 UG NX 進(jìn)行有限元分析時，首先在建模和裝配模塊里建立模型，然后利用高級仿真模塊生成理想化模型文件、有限元模型文件和仿真文件。輪轂的幾何形狀和力學(xué)特征的復(fù)雜性給研究工作帶來很大的困難，目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的解析數(shù)學(xué)或力學(xué)的方法對其進(jìn)行描述。特別是近年來，隨著車速的提高，輪轂的性能成為直接影響汽車制動安全性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等重要指標(biāo)的關(guān)鍵因素．美國一份關(guān)于卡車事故的研究報告指出：在 1588 起事故中，有 33 .5％是“車輪、軸承和輪胎” 組件的失效所造成的，其中輪轂緊固件又占了很大的比額。最后在輪轂的安裝面上創(chuàng)建 3 個螺栓孔，螺栓孔的節(jié)圓直徑為 106mm，螺栓孔直徑為 15mm。本研究所設(shè)計輪轂為一軸對稱 結(jié)構(gòu)，以 X 軸為旋轉(zhuǎn)軸， 在建模時首先利用旋轉(zhuǎn)體功能生成輪轂主體部分。其中中心線是指通過輪圈側(cè)斷 寬面的平分線 。 圖 輪輞截面圖 輪輻 輪輻是連接輪輞和汽車底盤上車軸一端的部分，按形式可以分為輻板式和輻條式。 胎圈座組合表見表 。這種形式的輪輞截面中間部位是一個深凹槽，有利于汽車輪胎的拆卸。結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞直接決定著整個合金汽車輪轂的性能。 本章 小結(jié) 本章主要介紹了本論文中用到的主要的理論知識：介紹有限元法的原理以及結(jié)構(gòu)有限元分析的基本過程，并對通用建模分析軟件 UG NX 進(jìn)行簡單的介紹； 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 鳳舞汽車輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 第三章 鳳舞汽車輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 鳳舞汽車輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 汽車輪轂主要由輪輞、輪輻兩部分組成。利用 UG NX 的設(shè)汁流程如圖 所示 【 33】 。 NX 獨(dú)特之處是其知識管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能 夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 UG NX 軟件簡介 UG NX（原名： Unigraphics）是一個由西門子 UGS PLM 軟件開發(fā)，集CAD/CAE/CAM 于一體的產(chǎn)品生命周期管理軟件。一般彈性體受力變形后內(nèi)部各點(diǎn)位移變化情況是很復(fù)雜的， 但是，在小單元的區(qū)域面，可以假定位移是坐標(biāo)的某種簡單的函數(shù) (位移模式或插值函數(shù) )來近似，通常采用多項式作為位移模式。有限元法、雜交法、動力有限元、非線性有限元、奇異元等，以及各種不同變分原理為基礎(chǔ)的有限單元法相繼而起 【 23】 ~【 26】 。 有限單元法的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 40 年代。 總結(jié)：從國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢中可以看出我國汽車輪轂設(shè)計中的不足之處。汽車結(jié)構(gòu)有限元分析的應(yīng)用體現(xiàn)在：一是對所有結(jié)構(gòu)件、主要機(jī)械零部件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性分析，有限單元法是一種不可替代的工具；二是在汽車結(jié)構(gòu)的計算機(jī)輔助設(shè)計（ CAD ）、優(yōu)化設(shè)計中，有限單元法作為結(jié)構(gòu)分析的工具，己成為其中主要組成部分。 有限元法在汽車工程中的應(yīng)用 在汽車結(jié)構(gòu)中，一些結(jié)構(gòu)件的工作條件比較惡劣，有些長期在滿載、振動與沖擊載荷下工作。這樣不僅浪費(fèi)大量人力物力，而且延長設(shè)計周期，難以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，特別是不能在設(shè)計階段就對車輪進(jìn)行精確的計算和預(yù)測。隨著測試技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸開始使用應(yīng)變電測技術(shù)、脆漆法對車輪進(jìn)行試驗。 20xx 年王謙在 ART PANORAMA 上發(fā)表的論文中總結(jié)了現(xiàn)階段國內(nèi)外汽車造型的現(xiàn)狀，認(rèn)為現(xiàn)在我國的汽車造型設(shè)計不但要學(xué)習(xí)西方經(jīng)驗而且要堅持自己的特色，將中華民族傳統(tǒng)文化融入潮流從而煥發(fā)出新的光彩 【 6】 。而其中有資料表明，輪轂質(zhì)量的減輕對于燃油經(jīng)濟(jì)性的提高效果要比減輕汽車其它部件的質(zhì)量要大的多，而且試驗表明，汽車輪轂 (輪輞、輪輻部分 )在滿足其使用性能要求的基礎(chǔ)上存在著減輕質(zhì)量的潛力 【 3】 。當(dāng)前國際先進(jìn)的汽車設(shè)計，一是考慮它的安全性，；二是考慮它的節(jié)能性；三是考慮它的簡易操作性。輪輞、輪轂、輻條，三者是可分離的，并不是一體的。 車輪的主要功能是與輪胎一起支撐整車、緩解路面給車體帶來的沖擊力，同時車輪通過輪胎同輪眉間的摩擦力來產(chǎn)生驅(qū)動力和制動力。 關(guān)鍵詞 ：中國元素 UG 有限元 疲勞 仿真 華僑大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計論文 Abstract Abstract The modern automobile wheel design is a missing focus in automotive design , the wheel not only to meet the needs of loadbearing , ventilation (brake cooling), and the wheel shape is directly related to the quality and grade of the car body design . Therefore, how the design of the wheel , how to design a unique style and aesthetic appeal of the wheel has a wheel manufacturing plant, and the designers are most concerned about , and now more and more new technologies are gradually being applied to the design of the wheel up and development . Wheel vehicle department one of the main ponents of the force transfer between the ponents in the car with the ground, and plays a role in carrying, steering, drive, brake. In recent years, as the speed increases, the performance of the wheel has bee the key factor of a direct impact on automotive braking safety, handling and stability, an important indicator of driving and ride fort. The study reported that the . with a truck accident: in the 1588 accident, % is caused by the failure of the wheels, bearings and tire ponents, wheel fasteners accounted for a large scale . The cause of the accident is attributed to the part of the wheel is so large, so it is necessary to study the strength and stiffness of the wheel This issue through the study of traditional Chinese culture , summed up the wheel design elements , principles and methods 。因此，如何進(jìn)行車輪的造型設(shè)計，如何設(shè)計出有風(fēng)格特色和審美情趣的車輪已成為車輪制造廠和設(shè)計者們最關(guān)心的問題，眼下越來越多的新技術(shù)正逐漸被應(yīng)用到車輪的設(shè)計和開發(fā)上來。 本課題主要研究課題如下： ，確定合適的載荷及邊界條件。據(jù) 20xx 年汽車銷量排行榜，上海通用以 1038988 輛的銷售量取得了銷售量冠軍，同比增長達(dá)到了 %，其中別克品牌全年銷量 550014 輛，同比增長 23%，雪佛蘭品牌全年銷量 471575 輛，增幅為 73%，凱迪拉克品牌銷售 17366 輛，同比增長 139%，另外上海大眾也突破了百萬輛銷售記錄，成為國內(nèi)第二家產(chǎn)銷突破百萬輛的汽車企業(yè)，于此同時，國內(nèi)的民族品牌吉利和長城也都有良好 的銷售，分別同比增長 22%和 98%，隨著汽車銷售量的劇增，車輪的需求也在不斷提高，提供高質(zhì)量低成本的車輪對車輪廠提出了更高的要求。 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 車輪和汽車的發(fā)明、改進(jìn)，使人類的交通運(yùn)輸發(fā)生了革命性的改變，對人類文明產(chǎn)生了極為重要的影響。 車輪是車輛承載的重要 安全部件 ,對它的安全性要求很高。具體來講，“鞋底”是車輪胎，“鞋幫兒”則是輪轂。而我國在這一領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計方面嚴(yán)重不足，具有中國特色的車輪設(shè)計幾乎沒有，即使是國產(chǎn)汽車的車輪也大多延用國外的造型。提出了如何利用工業(yè)設(shè)計中的感性工程學(xué)的系統(tǒng)理論來設(shè)計汽車的外觀造型 【 9】 。這不僅大大的縮短產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)周期，而且有效的保證了產(chǎn)品的使用性能，提高了產(chǎn)品的使用壽命，使企業(yè)在激烈的市場競爭中具有強(qiáng)有力的競爭能力 【 14】 ~【 16】 。 20xx 年哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張斌在其碩士學(xué)位論文中以 14x6JJ 鋁合金車輪為研究對象，運(yùn)用 SNSYS 軟件對該型號車輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析、變幅載荷下車 輪有限壽命疲勞設(shè)計、局部應(yīng)力應(yīng)變法預(yù)測車輪疲勞壽命，并運(yùn)用可靠度理論，對預(yù)測得到的車輪壽命進(jìn)行可靠度計算，得出兩種方法預(yù)測車輪的疲勞壽命均為可信的結(jié)論 【 20】 。 有限單元法的一個獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是可以求解結(jié)構(gòu)形狀和邊界條件都相當(dāng)任意的力學(xué)問題。又如，為了構(gòu)造一個好的有限元計算模型需要經(jīng)驗和判斷等等。 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 理論基礎(chǔ)與軟件介紹 7 第二章 理論基礎(chǔ)與軟件介紹 有限元法原理 有限元法概述 有限元法是為了對某些工程問題求得近似解而發(fā)展出來的一種數(shù)值分析方法，它是 將所要分析連續(xù)場分割為很多較小的區(qū)域（稱為單 元或元素），這些單元的集合體就代表原來的場，然后建立每個單元的有關(guān)特性關(guān)系式，再組合起來就能求得相應(yīng)場問題的解答。他們把連續(xù)體劃分成一個個三角形和矩形的單元，單元中位移函數(shù)首先采用了近似表達(dá)式，推導(dǎo)了單元剛度矩陣，建立了單元結(jié)點(diǎn)位移與結(jié)點(diǎn)力之間的單元剛度方程。 結(jié)構(gòu)有限元分析過程 結(jié)構(gòu)有限元分析的過程大概可分為以下 6 個步驟 【 30】 ~【 32】 ： （ 1）、結(jié)構(gòu)的離散化 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 理論基礎(chǔ)與軟件介紹 9 結(jié)構(gòu)離散化是將結(jié)構(gòu)物分割成有限個單元體，并在單元體的指定點(diǎn)設(shè)置結(jié)點(diǎn)，使相鄰單元的有關(guān)參數(shù)具有一定的連續(xù)性，并構(gòu)成 — 個單元的集合體，以它來代替原來的結(jié)構(gòu)，使力學(xué)模型變成離散模型。 （ 7）、結(jié)合計算結(jié)果進(jìn)行一系列后續(xù)分析，得到問題的最終分析結(jié)果。 20xx 年 5 月正式被西門子收購；因此，UG 有著美國航空和汽車兩大產(chǎn)業(yè)的背景。它提供了產(chǎn)品從模型的設(shè)計裝配，運(yùn)動仿真，有限元分析到加工制造的整個生命周期，能極大地提高產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計效率。同時， 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 理論基礎(chǔ)與軟件介紹 11 圖 UG NX 的設(shè)計分析流程圖 將模型的修改時間大為縮減，顯著提高設(shè)計效率。 (4)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時產(chǎn)生平衡離心力的側(cè)抗力， 在保證汽車正常轉(zhuǎn)向行駛的同時，通過輪轂產(chǎn)生的自動回正力矩，使汽車保持直線行駛方向 。 輪輞 輪輞是輪轂上與輪胎直接配合的部分，其尺寸形狀有具體的國標(biāo)規(guī)定。具體選用型號為 5 度深槽輪輞 J 型 正向 輪輞。 表 輪輞圓周凸峰輪廓尺寸（ mm） 輪輞 標(biāo)準(zhǔn) 輪緣高度 H1 胎座寬度 P1 輪緣厚度 P3 輪緣圓角 R2 胎座圓角 R3 凸峰圓角 R5 凸峰側(cè)圓角 R4 凸峰側(cè)圓角 R6 TRA 標(biāo)準(zhǔn) n 21min 11min 8min 3min 3min 輪輞 標(biāo)準(zhǔn) 輪緣高度 H1 凸峰高度 H2 胎座寬度 P1 平峰寬度 P2 輪緣圓角 R2 胎座圓角 R3 胎座側(cè)圓角 R4 輪緣厚度 P3 TRA 標(biāo)準(zhǔn) n ～ 4min 4max 11min 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 鳳舞汽車輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 圖 輪輞圓周凸峰輪廓參考尺寸和形狀 (mm) 氣門孔位置、形狀和