钢质车轮疲劳虚拟评价研究

论文摘要

钢质车轮在公路交通中广泛应用,特别是在重型、大型乘用车辆和运输车辆中使用钢质车轮的比例更大。因此,钢质车轮疲劳性能研究具有至关重要的意义。本文以燕山大学与长春一汽车轮厂合作项目“钢车轮虚拟疲劳台架试验系统研发”为背景,以两件式焊接钢质车轮为主要研究对象,采用有限元分析与疲劳计算相结合的方法,解决了钢质车轮评价体系虚拟化的一些关键技术难点,实现了钢质车轮产品的弯曲疲劳台架试验的虚拟化,径向疲劳台架试验的虚拟化,车轮双轴疲劳试验的虚拟化。初步建立了钢质车轮的虚拟评价体系,给出了钢质车轮疲劳虚拟评价规范。该评价体系的建立对钢质车轮的并行设计、虚拟检测以及车轮网络供给制造等工作具有重要意义。本文研究工作主要内容有以下几个方面:（1）根据钢质车轮结构与生产工艺特点,系统地研究了与钢质车轮疲劳寿命评价相关的建模方法,有限元分析方法以及疲劳计算方法。建立了钢质车轮虚拟评价一般过程模型。（2）针对典型钢质车轮进行材料性能实验研究、载荷加载方法研究、过盈工艺疲劳寿命影响研究、焊接工艺仿真研究、轮胎参数研究等,为钢质车轮疲劳评价虚拟化奠定了基础。（3）基于国家标准《商用车辆车轮性能要求和试验方法》,确定钢质车轮虚拟弯曲疲劳试验的边界条件,车轮弯曲疲劳试验的加载参数以及虚拟弯曲试验方法。采用有限元法计算钢质车轮单元节点应力、应变数值。通过疲劳分析计算软件采用相应的疲劳统计方法,和最接近的S-N曲线,利用雨流法,迈纳损伤累积理论对钢质车轮进行弯曲疲劳点和疲劳寿命预测。（4）基于国家标准《商用车辆车轮性能要求和试验方法》,按照实际钢质车轮径向试验方法要求,建立了钢质车轮疲劳寿命虚拟评价模型。采用有限元方法计算钢质车轮单元节点应力、应变数值,得到径向力与疲劳寿命曲线,确定径向力与疲劳寿命的数值关系。完成对钢质车轮径向疲劳点和疲劳寿命的预测。（5）通过对钢质车轮双轴疲劳试验方法研究,基于SAE J2562《双轴车轮疲劳试验》,确定虚拟钢质车轮双轴疲劳实现方法。利用有限元分析方法和疲劳统计方法,实现不同双轴载荷谱作用下的应力、应变数值调用,以及不同双轴载荷谱的作用次序和作用时间问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 钢质车轮主要失效形式及其位置
• 1.3 车轮疲劳研究现状
• 1.3.1 车轮结构疲劳
• 1.3.2 车轮弯曲疲劳
• 1.3.3 车轮径向疲劳
• 1.3.4 车轮双轴疲劳
• 1.4 虚拟评价研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 钢质车轮疲劳虚拟评价体系
• 2.1 虚拟评价与虚拟制造
• 2.2 钢质车轮的疲劳评价
• 2.2.1 钢质车轮评价参数
• 2.2.2 影响钢质车轮疲劳的主要因素
• 2.3 钢质车轮疲劳虚拟评价体系
• 2.3.1 钢质车轮疲劳实际评价
• 2.3.2 钢质车轮疲劳虚拟评价
• 2.3.3 钢质车轮疲劳实际评价与虚拟评价对比
• 2.4 钢质车轮疲劳虚拟评价的基本过程
• 2.4.1 有限元分析方法
• 2.4.2 疲劳计算方法
• 2.5 钢质车轮疲劳虚拟评价规范
• 2.6 本章小结
• 第3章 钢质车轮疲劳虚拟评价关键技术
• 3.1 钢质车轮焊接工艺的虚拟化实现
• 3.1.1 焊接工艺疲劳失效原因
• 3.1.2 焊缝及其热影响区组织
• 3.1.3 焊接工艺对材料硬度的影响
• 3.1.4 钢质车轮焊接工艺的虚拟实现方法
• 3.2 过盈装配对钢质车轮疲劳寿命影响
• 3.2.1 过盈装配对车轮弯曲疲劳寿命的影响
• 3.2.2 过盈装配对车轮径向疲劳寿命的影响
• 3.3 轮胎仿真
• 3.3.1 轮胎加载过程参数测试
• 3.3.2 轮胎虚拟化试验
• 3.3.3 轮胎材料参数确定
• 3.4 螺栓预紧力加载虚拟实现
• 3.4.1 螺栓预紧力的加载方法
• 3.4.2 螺栓预紧力对车轮弯曲疲劳寿命的影响
• 3.5 弯曲试验旋转力臂长度对疲劳寿命影响
• 3.5.1 试验设计
• 3.5.2 试验分析结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 钢质车轮弯曲疲劳虚拟评价
• 4.1 钢质车轮弯曲疲劳试验
• 4.2 钢质车轮弯曲有限元分析
• 4.2.1 弯曲试验有限元模型
• 4.2.2 材料属性
• 4.2.3 部件装配
• 4.2.4 分析步骤设置
• 4.2.5 边界条件与载荷设置
• 4.2.6 网格划分
• 4.2.7 分析求解
• 4.3 钢质车轮弯曲疲劳计算
• 4.4 弯曲疲劳结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 钢质车轮径向疲劳虚拟评价
• 5.1 钢质车轮径向疲劳试验
• 5.2 钢质车轮径向有限元分析
• 5.2.1 径向试验有限元模型
• 5.2.2 材料属性
• 5.2.3 部件装配
• 5.2.4 分析步骤设置
• 5.2.5 边界条件与载荷设置
• 5.2.6 网格划分
• 5.2.7 分析求解
• 5.3 钢质车轮径向疲劳计算
• 5.4 径向疲劳结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 钢质车轮双轴疲劳虚拟评价
• 6.1 钢质车轮双轴疲劳试验
• 6.2 钢质车轮双轴有限元分析
• 6.2.1 双轴试验有限元模型
• 6.2.2 材料属性
• 6.2.3 部件装配
• 6.2.4 分析步骤设置
• 6.2.5 边界条件与载荷设置
• 6.2.6 网格划分
• 6.2.7 分析求解
• 6.3 钢质车轮双轴疲劳计算
• 6.4 双轴疲劳结果分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介