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数字智能技术

铝合金车轮的有限元强度分析及试验验证

张保军

（中信戴卡股份有限公司，河北秦皇岛066000）

摘要：对几百款铝合金车轮的冲击试验、弯曲疲劳试验和径向疲劳试验进行了有限元分析，并通过台架

试验进行验证对比，研究总结出了低压铸造铝合金车轮有限元强度分析的方法及边界条件，为铝合金车轮的

结构设计和安全使用提供了参考。

关键词：铝合金；车轮；有限元分析；裂纹

中图分类号：TP319文献标识码：B文章编号：1673－3320（2021）03－0027－04

汽车铝合金车轮在受到交变的循环载荷作用并在达进入ANSYS求解模块进行计算分析，形成结果文件。

到一定的循环次数时，零件的表面会产生裂纹，裂纹继在计算完成以后，继续使用ANSYS对计算结果进

续扩大会导致构件断裂。为提高产品的安全可靠性，对行后处理，形成应力图、应变图等，可以准确清晰的看

车轮有限元强度进行分析是十分必要的。到车轮的应力、应变分布情况，确定最大应力区域（即

车轮疲劳仿真分析一般分为两个步骤：首先是用最危险区域）和最大变形区域[2]

。

ANSYS有限元分析计算出轮毂的弯曲和径向应力；然

后,再用ANSYS疲劳分析直接读入这些动态应力的计算1.1铝合金车轮材料特性输入

结果并进行疲劳分析。工作中构件的复杂结构、复杂动铝合金车轮材料为A356，经过T6热处理。因此

载荷对有限元分析有着显著的影响，而ANSYS疲劳分在ANSYS中输入材料属性(MaterialProperty)时，

析充分考虑了结构形状、载荷形式的影响及其相应的疲选择为各向同性(Isotropic)，并且是线弹性的(Linear

劳分析计算方法[1]Elastic)，需要输入的参数为：

。

弹性模量E：7.1×1010N/mm2；

ρ-33

1铝合金车轮ANSYS有限元分析密度：2.7×10g/mm；

泊松比：0.33；

在使用ANSYS对车轮进行有限元分析时，需要前

处理、计算和后处理三大步骤。1.2弯曲疲劳分析

前处理是根据计算目的，将连续的实际结构简化为（1）网格划分及边界条件：由于车轮是形状极不规

理想的数学模型，用离散化的网格单元代替，并最终形则的实体，因此选用对边界拟合能力较强的Solid9210

成计算数据文件，其中包括：node单元对车轮进行有限元网格划分。某款铝轮毂经

（1）在ANSYS中导入车轮的Unigraphics实体网格划分完成后，共生成82566个节点，48586个单

模型。元，网格划分以及载荷和边界条件[3]