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ABAQUS在钢车轮径向疲劳仿真分析中应用

朱颀，龙弟德，廖世辉，毛显红

长安汽车工程研究总院

摘要：本文采用有限元方法对钢车轮径向疲劳试验进行了分析，通过仿真手段得到了试验载荷下车轮的疲

劳寿命分布，分析结果表明该车轮的径向疲劳寿命满足要求，疲劳破坏的危险区域发生在轮辋边缘处。该

分析为车轮结构优化设计提供了有效方法，减少了试验经费及时间，降低了开发成本。

关键词：钢车轮，径向疲劳，仿真分析

中图分类号：文献标识码：

ABAQUSApplicationinSteelWheelRadialFatigueSimulation

Analysis

ZHUQi,LONGDi-de,LIAOShi-hui,MAOXian-hong

ChanganAutomobileGlobalResearchandDevelopmentCenter

Abstract:Thispaperanalyzedthesteelwheelradialfatiguelifebasedonthefiniteelement

analysismethod,andthepictureofthefatiguelifeforthewheelwasobtained.Theresultsshow

thattheperformanceofthewheelradialfatiguelifemeetstherequiresment,andthedangerous

areaoccouredattheedgeoftherim.Thissimulationanalysisprovidesaneffectivemethodforthe

wheelstructrualdesign.Italsocanreducethetestanddevelopmenttimeandcost.

Keywords：SteelWheel;RadialFatigue;SimulationAnalysis

1引言

为满足市场竞争需求，缩短开发周期降低成本，利用有限元分析软件对车轮试验过程进行数值

仿真分析已经成为产品设计的必要手段。

根据国家相关行业标准规定，车轮的疲劳性能试验主要包括：径向滚动疲劳试验和弯曲疲劳试

验。车轮径向疲劳试验是模拟汽车在正常行驶路面作用于车轮上的反作用力对车轮疲劳的影响，主

要考察车轮的综合强度[1]。本文仅以某款车型的钢车轮为例，讲述车轮径向疲劳有限元分析的基本

过程，分析中首先采用ABAQUS软件对钢车轮进行了径向载荷加载的静力计算。

作者简介：

朱颀（1984-），女，吉林人，硕士，工程师，主要从事整车疲劳耐久分析工作。

2车轮有限元分析

2.1径向疲劳试验简介

车轮径向疲劳试验通过转鼓向车轮传递恒定的径向载荷，径向载荷通过轮胎与轮辋之间的接触

面传递到轮辋上，试验中轮胎的冷充气气压根据国标GB/T5334-2005确定。具体试验装置如图1所

示。

图1径向疲劳试验装置

根据国家标准GB/T5334-2005规定轻合金车轮径向疲劳试验载荷F(单位N)计算公式如下：

F=Fv×K（公式1）

其中，Fv为规定的车轮上最大垂直静负荷或车轮的额定负荷，单位为牛顿(N),K为强化试验系

数，在本次分析中K值取2.25，根据K值对应的满足车轮径向疲劳试验要求的最低循环次数为50万

次，以此作为本次车轮径向疲劳寿命分析的评判标准。

[2]

2.2车轮静力有限元分析

2.2.1有限元模型建立

由于轮胎一般是橡胶材料，变形具有非均匀性，若完全按照车轮试验状态进行建模较难实现，

所以在本次分析中省略了轮胎部分，仅对轮毂进行建模。在本文中采用前处理软件进行前处理，车

轮采用单元尺寸为3mm，采用SHELL单元建模，轮辋与轮辐之间的焊缝采用SHELL单元模拟。模型

含单元21080个，节点20723个。

图2车轮模型示意图

2.2.2边界条件及载荷

试验中轮毂受力可以分为两部分，一部分是胎压，另外一部分为由轮毂传递的径向力。胎压均

匀作用于轮辋，由于轮毂结构具有对称性，胎压总用于轮辋的合力几乎为零，所以在本次分析中忽

略胎压的影响。

根据车轮径向疲劳试验的实际安装情况，有限元分析的边界条件设置如下：约束车轮安装孔周

围单元节点的6个方向自由度，径向疲劳试验中的径向力通过在轮胎与轮毂胎座接触部位施加均布

载荷来实现，径向载荷近似按照余弦曲线规律作用于轮毂胎座与轮胎接触部位左右各30°至40°范

围内

[3]。在本次分析中，取径向载荷作用的最大偏转角等于36°，在