轎車行駛時，由路面不平以及發(fā)動機、傳動系和車輪等部件引起的振動問題，激發(fā)了汽車的振動，影響著汽車行駛的平順性。通常情況下，汽車在凹凸不平的路面行駛時其振動會增大很多。路面不平引起的振動作為轎車振動的基本輸入，其頻率范圍約為0.5-25Hz。雖然轎車通過的時間很短，但會對轎車形成較大的沖擊，立刻會使乘坐的人員感覺不舒服，影響乘坐的舒適程度，嚴(yán)重時會損害乘坐人員的健康或者對運輸?shù)呢浳镌斐蓳p壞。解決在隨機不平路面激勵下的振動問題，是提高汽車行駛平順性、安全性及零部件可靠性的重要基礎(chǔ)。本文對某型轎車車輪汽車鋼圈進(jìn)行了三維建模說明，并與有限元軟ABAQUS無縫集成，進(jìn)行了強度分析和模態(tài)分析。下面由汽車鋼圈生產(chǎn)廠家為大家講解。

1．汽車鋼圈實體模型

由于轎車汽車鋼圈的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，輪轂和輪輻邊上的倒角對模型動力學(xué)分析影響不大。于是，將輪轂和輪輻邊的倒角忽略掉，以減少有限元模型的規(guī)模，僅將其質(zhì)量折算到相應(yīng)位置。本文應(yīng)用常用于汽車研究領(lǐng)域的三維造型軟件Pro/ENGI-NEER對某型車輪汽車鋼圈進(jìn)行了三維建模，汽車鋼圈模型主要由以下三部分組成：輪輻、輪芯、輪轂。輪轂、輪輻均由優(yōu)質(zhì)板料沖壓而成，為提高輪輻剛性，常沖壓成起伏多變的形狀，同時為減輕重量，在汽車鋼圈上設(shè)有長弧形孔。

2．汽車鋼圈有限元模型

把Pro/ENGINEER建立的汽車鋼圈實體模型另存為x__t格式通過ABAQUS進(jìn)行導(dǎo)入，實現(xiàn)Pro/ENGINEER和ABAQUS的無縫集成。汽車鋼圈材料為AM91D，彈性模量E=45Gpa，泊松比μ=0.35，許用最大彎曲應(yīng)力[σ]=250Mpa。汽車鋼圈的最大外徑為406x182(mmxmm)。在螺栓孔上加Y方向和Z方向的移動約束和X方向和Z方向的轉(zhuǎn)動約束。用于一階四面體(C3D4)對汽車鋼圈模型進(jìn)行離散，形成167502個單元格。

3．?dāng)?shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

轎車汽車鋼圈的靜力特性分析：靜力分析是不考慮慣性和阻尼影響，用來計算結(jié)構(gòu)受到固定不變載荷作用的應(yīng)力、應(yīng)變大小的。在ABAQUS中將彎矩等效化，作用在輪轂上的力的形式使它們按60。的余弦分布規(guī)律分布在輪轂面上，并利用公式將力轉(zhuǎn)換為一定面積上的壓力：

式中WO為加載到輪轂上的壓力；W為作用在輪轂上的力；b為載荷作用在輪輞上的寬度，mm;ro為載荷作用面的半徑，mm；θ0為載荷分布角。

在輪輞上加載力的余弦函數(shù)為：11.986xcos(3xarcsin(y/180.3)/2)[2]式中，y為坐標(biāo)值。

轎車汽車鋼圈在彎曲載荷的作用下，輪轂內(nèi)側(cè)的變形最大，最大值為0.2mm，輪輻的變形量較小，為0.04mm。在汽車鋼圈輪輻孔處的應(yīng)力值最大，為81.641MPa，輪輻的壓力達(dá)到18.14MPa。

汽車鋼圈的應(yīng)變和應(yīng)力值均在極限值250MPa范圍內(nèi)，可以滿足實際工作的要求。