【正文】 角 )內(nèi)的輪輞胎圈座上施加呈余弦函數(shù)分布的徑向載荷，并在胎圈座間輪輞上施加充氣壓力 。輪胎施加在輪轂上胎圈座部分的支撐力分布情況比較復(fù)雜，主要分布在輪轂的下部靠近地面的部分。輪幅采用十節(jié)點四面體網(wǎng)格劃分方式 ， 輪輞與輪輻之間 以 金字塔單元過渡。由于高階單元的曲線或曲面邊界能夠很好地逼近模型結(jié)構(gòu)的曲線和曲面邊界，并且高次插值函數(shù)能夠更好地逼近各種復(fù)雜的場函數(shù)。這樣既可以提高計算精度又可以減小計算規(guī)模，提高計算效率。 表 鋁合金 A356 材料參數(shù) 密度 ρ）（ 3cm/g 楊氏模量E(MPa） 泊松比 屈 服 強 度s? (MPa） 極限抗拉強b? (MPa） 4107? 229 263 疲勞極限 1?? 的計算公式如下 b1 ~ ?? ??? ）（ （ ） 則 1?? =（ ~） MPa， 取 ??1? 120MPa 網(wǎng)格 劃分 網(wǎng)格劃分是創(chuàng)建有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響有限元分析的計算精度和計算規(guī)模。 (3)創(chuàng)建有限元模型文件，對模型進行材料參數(shù)設(shè)置和網(wǎng)格劃分 。 鳳舞汽車 輪轂徑向疲勞仿真過程 【 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。車輪在試驗裝置 (見圖 )上安裝的方法與車輪在車輛上的安裝方法相同，圖 所示為車輪徑向疲勞試驗原理圖。 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)強度和疲勞特性進行有限元分析。仿真文件是基于有限元模型文件而建立的，可以對模型施加邊 界條件，包括載荷邊界條件和約束邊界條件。 利用 UG NX 進行有限元分析時，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。本研究針對鋁合金汽車輪轂的實際使用狀況及課題研究的實際情況，對其進行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析。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)的方法對其進行描述。另一方面，輪轂的強度和剛度如果過大，這必然會增加輪轂的 質(zhì)量，增大輪輻和 輪輞 的厚度。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。在進行設(shè)計時，首先確定整體造型為一體式，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，選擇輪輞型號 。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。 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 16 圖 輪轂二維圖 從圖中可以看出，所設(shè)計的輪輞部分的厚度為 。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。當(dāng)安裝面與輪圈中心線重疊時，此時偏位值為零，叫零偏位值。其中中心線是指通過輪圈側(cè)斷 寬面的平分線 。目前，汽車輪轂中輪輻的形狀多種多樣，有寬輪輻、窄輪輻、多輪輻、少輪輻等各種形狀不同的設(shè)計，正在向多樣化方向發(fā)展。 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。 表 輪輞扁平凸峰輪廓尺寸（ mm） 圖 輪輞扁平凸峰輪廓尺寸和形狀 (mm) 輪輞圓周凸峰輪廓尺寸 見表 ，其形狀和尺寸如 圖 所示。 胎圈座組合表見表 。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對汽車輪轂的要求，選擇一種用于小型汽車輪轂上的輪輞類型。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。本研究所設(shè)計輪轂采 用一件式，即輪輞和輪輻是一個整體。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。 (3)將輪胎同路面間存在的附著作用所產(chǎn)生的驅(qū)動力和制動力傳遞給車體 。 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。此外， UGNX 還具有創(chuàng)新型的同步建模方式，可以有效地利用尺寸驅(qū)動直接進行建模，不需要考慮相關(guān)性和約束，能夠快速捕捉設(shè)計意圖，極大提高設(shè)計者的創(chuàng)作空間。利用 UG NX 的設(shè)汁流程如圖 所示 【 33】 。 UG NX 是一種交互式的設(shè)計、分析和制造系統(tǒng)，是知識驅(qū)動自動化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者。 NX 獨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。 90 年代被 EDS 公司收并，為通用汽車公司服務(wù)。 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。 （ 6）、整理并輸出結(jié)果 通過該步驟可以輸 出應(yīng)力、應(yīng)變以及位移等值。一般彈性體受力變形后內(nèi)部各點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。通過以上三個方程組并根據(jù)兩個邊界條件 ()、()，可以用解析方法或者數(shù)值方法求出整個結(jié)構(gòu) 的應(yīng)力、應(yīng)變以及位移。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】 。在 1956 年，特納 (Tutner)、克拉夫 (Clough)等人把剛架位移法的解題思路，推廣應(yīng)用于彈性力學(xué)平面問題。 有限單元法的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 40 年代。 （ 3） 彎曲疲勞分析時采用試驗軸加載方式對輪轂進行分析。 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。但它也有不足之處，如對一個特殊問題只能求得一個具體的數(shù)值結(jié)果，而不能求得一般的閉合形式解，后者能讓我們研究分析不同參數(shù)變化時系統(tǒng)的反應(yīng)和影響。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、主要機械零部件的強度、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。 帶有大的貯存容量的現(xiàn)代計算機的出現(xiàn)，標(biāo)志了以分析驗證為基礎(chǔ)的汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計革命的開始，而 1970 年美國 NASTRAN 軟件的引入，則表明了這一時期的起點，該軟件代表了一種新的計算功能，它是一個面向用戶的通用的有限元結(jié)構(gòu)分析程序。 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。 2020 年 Raju, 和 Babu 在 Engineering Failure Analysis 上發(fā)表的論文中以某型號鋁合金車輪為研究對象，模擬車輪徑向疲勞試驗時施加的載荷及邊界條件，運用有限元軟件對車輪進行結(jié)構(gòu)強度分析，并根據(jù)車輪材料的 SN 曲線運用疲勞壽命理論對車輪進行疲勞壽命分析并與實際試驗進行對比 【 19】 。這樣不僅浪費大量人力物力，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)計階段就對車輪進行精確的計算和預(yù)測。 目前，國際上的許多車輪生產(chǎn)廠商、供應(yīng)商，如 Hayes Lemmerz International、Accuride corporation 及 American Eagle Wheel Corporation 等，都已經(jīng)廣泛采用計算機輔助設(shè)計 CAD（ Computer Aided Design）軟件如 Pro/engineer\UG 等實現(xiàn)了產(chǎn)品的虛擬設(shè)計，并運用如 :MAC、 Ansys 等計算機輔助工程軟件進行強度校核、華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 緒論 4 壽命分析及優(yōu)化設(shè)計。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)、脆漆法對車輪進行試驗。同期的湖南 科技大學(xué)工業(yè)設(shè)計系的王沈策等發(fā)表的論文中分析了汽車造型與中國傳統(tǒng)文化的關(guān)聯(lián)性。 2020 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】 。也是西方國家在激烈的市場競爭中保持不敗的一大籌碼 【 4】 。而其中有資料表明，輪轂質(zhì)量的減輕對于燃油經(jīng)濟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】 。車輪，是汽車的“鞋子”。當(dāng)前國際先進的汽車設(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。 現(xiàn)在，鋁合金車輪成為主流 【 2】 。輪輞、輪轂、輻條，三者是可分離的，并不是一體的。 本 課題通過對中國傳統(tǒng)文化的研究，歸納輪轂造型設(shè)計的要素，原則及其方法；并將其融合到汽車輪轂的造型設(shè)計中，運用 UG 三維建模及有限元分析技華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 緒論 2 術(shù)使其不僅做到結(jié)構(gòu)輕量化同時又滿足人們對審美的需求，以期為汽車輪轂造型設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計提供好的方法。 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。 在 科技高速發(fā)展的今天，汽車工業(yè)已經(jīng)成為了當(dāng)今國民經(jīng)濟的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著人們生活質(zhì)量的提高，轎車成為了人們生活的一部分。 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