ANSYS助力预测轮辋结构的疲劳寿命

产品问题：客户需要分析车轮轮辋结构在弯矩载荷及径向载荷作用下的疲劳寿命

解决方案：
使用Mechanical模块分析产品静结构，包括在两种测试载荷下的强度和刚度，并在强度分析的基础上用Fatigue工具计算产品的工作寿命，满足了客户的需求。



一、概述
车轮的功用是支持全车的重量，承受驱动力、制动力、以及地面对车轮的各种力，并通过轮胎与地面的接触而实现汽车的运动车轮的结构强度设计对于整车的正常使用有非常重要的作用。新设计开发的车轮必须通过一系列的台架试验方能批量生产，目前车轮的台架试验主要包括弯曲疲劳试验和径向疲劳试验。

此次分析依照SAE J267标准，对目标车轮在弯矩载荷及径向载荷作用下的强度、刚度和疲劳寿命进行分析。

二、材料
轮辋结构材料为Q345，螺栓按默认结构钢定义，测试用夹具、轮盘等定义刚性属性以考虑对轮辋结构最严酷的工况。

三、连接关系
1. 测试用轮盘和轮辋结构设置有摩擦连接；
2. 建立螺栓模型，定义其与轮辋结构之间的连接关系；
3. 在径向试验中，由于添加锁圈模型，所以需额外定义锁圈与轮辋结构主体的连接关

四、网格划分
对关注区域或危险区域进行网格细化，以得到较高的网格质量，获得更精确的结果。

五、边界条件
在弯曲试验中，对轮辋结构边缘进行全约束固定，并依照选用螺栓施加螺栓预紧力。
弯矩载荷施加方式有很多种，这里为了尽可能多的考虑各种工况，将一整圈360度分成30次的载荷施加，具体操作方法为将一个远程力分解为正交的两个方向上的正弦幅值的形式。
在径向载荷中，由于要施加一个随位置变化的函数载荷，故定义局部坐标系，写入载荷函数。

六、Fatigue tool
弯曲测试中疲劳分析将实际一整圈的圆周载荷简化成对一个恒定载荷施加对称循环载荷。
径向测试中疲劳分析将实际一整圈的圆周载荷简化成对一个恒定载荷施加脉动循环载荷。

七、结果
轮辋满足30年设计寿命，在弯曲疲劳试验中，最低循环次数为1.2e6次。结构疲劳寿命最小值为3.5e7，大于1.2e6，所以：弯曲疲劳满足要求！

轮辋满足30年设计寿命，在径向疲劳试验中，最低循环次数为3.75e6次。结构疲劳寿命最小值为1.2e9，大于3.75e6，所以：径向疲劳满足要求！