考虑材料非线性和螺栓预紧力汽车钢制车轮弯曲强度研究摘要：为了对钢制车轮的弯曲疲劳寿命进行估算，必须确定其在弯曲载荷作用下的应力分布情况。针对汽车钢制车轮的弯曲疲劳试验工况，建立了其有限元分析模型，考虑材料非线性影响和螺栓预紧力作用，对车轮进行了静态弯曲载荷作用下的受力分析。计算结果表明，汽车车轮在弯曲载荷作用下，轮辐的螺栓孔、缓冲环和通风孔等区域的最大应力值已超过材料的屈服极限，使用有限元方法计算时需考虑材料的非线性特性；螺栓预紧力仅对螺栓孔附近区域的应力分布有影响，对车轮结构其它部位的影响很小。有限元计算的应力结果与弯曲载荷作用下试验测试的应力结果基本吻合，验证了有限元模型及分析方法的正确性。关键词：汽车钢制车轮；弯曲强度试验；有限元分析：U463.34文献标文献标志码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2012.02.008BendingStrengthAnalysisofSteelWheelConsideringtheMaterialNonlinearityandBoltPretensionWangHaixial，LiuXiandongl，ShanYingchunl,Wang激egong2(1.SchoolofTransportationScienceandEngineering，BeihangUniversity,Bei激ng100191，China；2.ShandongXingminWheelCo.，Ltd，Longkou,Shandong265716，China)Abstract：Therealisticstressdistributionofthewheelsubjectedtobendingloadsissignificantforitsfatiguelifeestimation.Thefiniteelementmodelofsteelwheelwasconstructedbasedonthewheelbendingfatiguetest.Thestressdistributionofthewheelsubjectedtostaticbendingloadswassimulatedwithconsideringnonlinearmaterialpropertiesandboltpretensions.Theresultsshowthatthemaximumstressofthewheeldiscexceedsthematerialyieldlimit,soitisnecessarytoconsidermaterialnonlinearityinthefiniteelementanalysisofwheelstrength.Theboltpretensionshaveamajorimpactonthestressdistributionneartheboltholearea,buthavelittleeffectonotherpartsofthewheel.Thecomputedresultscoincidewiththeexperimentalbendingstress,whichprovesthevalidityofthefiniteelementmodelandanalysismethod.Keywords：steelwheel；bendingstrengthtest；finiteelementanalysis汽车车轮是汽车行驶系统中重要的组成部件之一，它不仅承受静态时车辆本身垂直方向的自重，同时也承受汽车行驶过程中来自各个方向因启动、制动、转向、物体冲击、路面凹凸不平等各种动态载荷的作用，因此车轮的结构及其性能对整车安全性和可靠性有着重要的影响。车轮在工作中主要以疲劳破坏为主，其疲劳性能是车轮质量的重要指标之一。由于疲劳试验耗时长、成本高，国内外研究者大多应用计算机辅助工程，通过有限元仿真分析的方法来指导车轮设计、结构性能评价和改进［1-4］。闰胜昝等人研究了车轮结构分别在螺栓预紧力、离心力和弯矩作用下的应力分布［5］。郑战光等人建立了含有螺栓预紧力作用的车轮弯曲试验有限元模型，研究了螺栓载荷对车轮应力分布的影响［6］。以往研究中通常假设材料为线弹性，某些文献中计算的车轮最大应力值甚至超过材料的强度极限，这种结果往往不能反映车轮的真实受力状况，当然也无法用作结构疲劳寿命估算的合理数据。参考文献［3］也指出对车轮进行应力计算时应考虑材料的非线性特性，但目前考虑材料非线性特性并系统地对车轮进行应力分析的工作，还未见相关文献。本文针对汽车钢制车轮的弯曲疲劳试验工况建立了有限元分析模型，考虑材料非线性和螺栓预紧力的影响，对车轮进行了静态弯矩载荷作用下的受力分析，得出其应力分布规律，找出易产生疲劳破坏的危险区域。通过与实际试验结果的比较，验证了有限元模型的准确性。1有限元模型汽车车轮进行弯曲疲劳试验时，根据GB/T5334-2005《乘用车车轮性能要求和试验方法》，试验系统中包括加载轴、连接盘、钢制车轮以及螺栓等结构［7］。为了更加真实地模拟弯曲疲劳试验的工况，利用Solidworks软件建立包含汽车车轮、连接盘、加载轴及螺栓的三维结构模型，导入到Abaqus有限元软件中，略去结构中对强度分析影响不大的小倒角，所得整体有限元结构模型如图1所示。1.1...