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1、 开题报告基于 ANSYS 的某型车前轮毂 有限元分析研究背景及意义我国的汽车工业从无到有，经过几十年的建设已初具规模。目前国家已将汽车工业列为国民经济的支柱产业加以重点扶持，尤其是轿车工业发展飞速，1990 年我国汽车产量为 56 万辆，其中轿车产量为 4.4 万辆。而 1993 年仅轿车产量就达到 31 万辆，是 1990 年的 7 倍。据有关报道，1994 年全国汽车产量为 140 万辆， 其中轿车产量约 35 万辆， 1995 年的汽车产量约 150万辆，其中轿车产量约 40 万辆。2002 年之后， 中国汽车行业开始进入爆发式增长阶段， 特别是随着私人消费的兴起，轿车需求量开始迅速攀
2、升， 并成为推动中国汽车发展的一股重要力量。与此同时，中国在全球汽车产业中的地位也逐渐上升。到 2009 年，中国取代美国成为世界上最大的汽车销售市场，结束了由福特公司开始的美国长达一个多世纪的汽车统治地位。不仅如此，2009 年，中国的汽车产量超过了日本和美国的总和， 自 2006 年以来，由日本汽车工业保持的世界第一的位置，在 2009 年也被中国取代。轮毂单元是汽车行驶系的关键部件 1，基本组成为轮毂轴承，既支撑着汽车的整体重量、又要承受车辆在各种行驶工况下的复合动载荷。所以轮毂单元的力学特性及强度容限是其必须满足的最基本条件 2。初期阶段，工程师和研究人员判断结构强度主要是基于直觉的准
3、则法，依靠经验数据的积累，参考类似结构的产品， 但这些经验数据和方法要经过大量实验总结归纳、工程实践才能得到，也就是说产品的开发设计水平主要取决于设计人员的实际经验和对这些方法的把握能力，这对于企业的成长和发展特别不利。另一方面，客户对轿车轮毂产品的耐久性、经济性和可靠性等要求不断提高，这些要求都使得轮毂结构强度的分析和寿命的评估变得越来越重要 3。为了满足以上要求，需对传统产品的开发流程进行改进，进一步提高研发水平和新产品开发设计能力。所以，在开发设计阶段对新产品进行有限元分析，对轮毂的强度试验进行仿真，分析产品的结构强度等就成了设计开发新产品的必要条件 4。国内外研究现状国外很多企业对 C
4、AD/CAE 技术的应用较早。欧美有很多专业的设计开发机构 ，计算机仿真分析的运用非常普遍。现在，国外很多公司新开发的产品都经过计算机数值模拟技术分析，无论新产品开发的速度，还是新产品开发的成本， 都有很大的优势。在轮毂行业， 有限元技术的应用也比较广泛，自主开发的技术水平较高 5。最早采用有限元法对轮毂分析的人是K.A.Ridha6，他用此方法算出了整个轮毂结构的应力分布 ，并在此基础上确定了材质的轻量化分布。Fuchs 和 Karandikar7通过疲劳寿命软件获得了疲劳寿命预计的下限值，对轮毂疲劳寿命进行了预计。Konishi 8,9用有限元法进行了轮毂 30 度冲击试验研究。Russo
5、 10分析了在冲击试验中轮缘的结构对吸收冲击能量的作用。Stearns.J 11分析了在径向载荷作用下轮辋与轮胎接 触部位的应力分布，得出该应力分布近似服从余弦函数，从而直接将接触压力近似地分配于 轮辋表面节点上。对于轮毂进行有限元分析，国内已经有多个高校展开了研究。在国内首次 对轮毂进行有限元分析的是湖南大学的秦德申等人，受当时分析软件的限制，他们建立的有 限元模型未能正确反映局部的应力集中 12。韩鸣岗在对轮毂进行应力分析时 ，考虑了非线性 接触 13。华中科技大学的刘海橙、柳玉起 14等采用 IDEAS 分析软件对 310B 的 8 种车轮产品进 行有限元分析，得出各种状态下的应力大小，
6、确定同类产品的不同结构所产生的应力变化规 律。在国内，除了高校对轮毂进行有限元研究外，很多企业还开展了专门的车轮有限元项目， 其中有些项目已为企业中创造了重大的经济效益。万丰奥威汽轮有限公司开发的车轮项目， 对旋转弯曲试验进行了静力学与动力学谐响应分析，分别考虑弯曲载荷、螺栓预紧力以及离 心力对车轮模型的影响，最后在力学分析的基础上分别采用名义应力法，局部应力应变法、 软件分析法对车轮进行疲劳寿命预测 15。研究目标和内容本文以某轿车轮毂为研究对象，对轮毂的静力学实验以有限元分析软件 ANSYS 和HyperMesh、三维建模软件 UG 为工具在保证强度足够的前提下，对轮毂结构进行轻量化设计，
7、并对重新设计后的轮毂进行静力学分析，验证轻量化方案的有效性。本文研究的具体内容：（1）将轿车轮毂三维实体模型导入有限元分析软件 HyperMesh 中，进行网格划分， 再将有限元模型导入 ANSYS 中加载和求解， 分析轮毂在转弯和制动工况下受力情况；（2）建立轮毂轻量化模型，对模型进行网格划分、加载和求解，分析轮毂在转弯和制动工况下受力情况；（3）对比轮毂轻量化前后有限元分析结果，验证轻量化设计的合理性。参考文献1 王祝堂，铝合金轮毂工业的发展，轻合金加工技术，1994，22(3):17-22.2 吴植民，汽车构造，北京：人民交通出版社，1993.3 范文豪，吴祖宴等，铝合金车轮铸造模具 C
8、AD/ CAE 技术的应用，特种铸造及有色合金， 2002， (4):29-30.4 李平化 ,周华祥,龙华等.铝车轮设计的有限元分析J.装备制造技术,2006,4:85-86.5 秦德申 .轿车车轮动态应力的测试与分析J.汽车工程,1989,4:58-65.6 刘海橙 ,柳玉起等.车轮结构强度的有限元分析及应用J.湖北汽车工业学院学报,2004,12:6-10.7 傅盛 ,夏复兴,袁庆丰.轿车车轮钢圈强度的有限元分析J. 机电一体化,2003,4:43-50.8 曾攀著 .有限元分析及应用M.北京:清华大学出版社,2004.9 刘国庆 ,杨庆东著.ANSYS 工程应用教程M.北京:中国铁道出版社,2003.10 于开平，周传月.谭惠丰，等 HyperMesh 从入门到精通M 北京：科学出版社，200511 邓凡平 ANSYSl0.0 有限元分析自学手册 M北京：人民邮电出版社， 200912 黎桂华,黄平 ,赵春联,等.轿车轮毂轴承外部载荷计算方法及其特性J.润滑与密封,2006(11):17-2013 李永庆,颜波 .有限元分析在汽车轮毂轴承单元中的应用J. 农业装备与车辆工程,2008(8):29-30
