[發(fā)明專利]一種考慮殘余應力的車輪外加載荷的應力數(shù)值分析方法

無效

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• 申請日: 2008-11-11
• 公開（公告）號: CN101419644A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 趙玉濤;蘇大為;陳剛
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 盧亞麗

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種汽車車輪外加載荷的應力數(shù)值分析方法，尤其是涉及一種考慮殘余應力的車輪外加載荷的應力數(shù)值分析方法。

背景技術(shù)

隨著能源的日益緊缺，汽車輕量化和節(jié)能降耗的要求增加，為了實現(xiàn)汽車車輪的輕量化設計，設計工程師們按應力優(yōu)化輪輻和輪轂的幾何尺寸，但分析時并沒有考慮殘余應力的影響。

整體式鑄造鋁合金汽車車輪從制造出來本身就存在著殘余應力，其大小取決于鑄造過程產(chǎn)生的鑄造殘余應力：由于熱應力和車輪構(gòu)件在凝固、冷卻時各部分壁厚的不均勻、形狀的非對稱性、澆鑄和造型等鑄造技術(shù)的影響而引起的結(jié)構(gòu)應力以及由于材料的組織與成份的不均勻而引起的組織應力等的綜合作用的結(jié)果；還取決于機械加工引起的殘余應力以及熱處理對殘余應力的消減作用。

車輪作為整車行駛部分的主要承載件是左右整車性能最重要的安全部件，在技術(shù)上應用價值的觀點更加突出，而殘余應力的存在對于車輪的尺寸穩(wěn)定性、疲勞強度及應力腐蝕等都將產(chǎn)生直接的影響。因此，車輪優(yōu)化過程中殘余應力是一個不可忽略的重要因素。開展車輪殘余應力的研究，對于如何按照工況正確確定車輪的優(yōu)化設計應力，保證其應用的可靠性，具有重要的現(xiàn)實意義。

本發(fā)明利用ProCAST的Stress?Analysis應力計算模塊計算出車輪鑄件的鑄造殘余應力，把此值按比例縮小，作為機械加工、熱處理消減后的最終殘余應力，把計算結(jié)果通過程序轉(zhuǎn)換到ANSYS軟件中作為車輪優(yōu)化設計的初始殘余應力，再進行考慮殘余應力的整體式鑄造鋁合金車輪外加載荷的應力數(shù)值分析，這為車輪鑄件結(jié)構(gòu)分析的可靠性提供了保證，目前這方面的研究分析工作報道尚無。

下文中，除非特別限定，殘余應力均指鑄造殘余應力、機械加工引起的殘余應力以及熱處理消減后的殘余應力這三者的復合。

發(fā)明內(nèi)容

1、發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出整體式鑄造鋁合金汽車車輪優(yōu)化設計過程中忽略的殘余應力問題，考察殘余應力對車輪結(jié)構(gòu)分析過程的影響，以完善車輪優(yōu)化設計的可靠性。

2、技術(shù)方案

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

1)計算殘余應力

首先利用ProCAST的Stress?Analysis應力計算模塊計算出整體式鑄造鋁合金汽車車輪的鑄造殘余應力。

2)對車輪鑄件的有限元網(wǎng)格的節(jié)點信息、單元信息以及殘余應力數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換

編寫程序，把在ProCAST中建立的車輪鑄件的有限元網(wǎng)格的節(jié)點信息、單元信息以及計算得到的車輪鑄件節(jié)點上的殘余應力分量轉(zhuǎn)換到ANSYS軟件中。本步驟包括，

①將單元信息做格式轉(zhuǎn)換，并由ProCAST讀入到ANSYS中；

②將鑄件殘余應力和鑄型的應力數(shù)據(jù)信息分離；

③將鑄造殘余應力到轉(zhuǎn)化為ANSYS軟件的能夠處理的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換時將ProCAST計算的鑄造殘余應力值按比例縮小，作為機械加工和熱處理消減后的最終殘余應力，并加載到有限元網(wǎng)格單元的節(jié)點上。

3)考慮殘余應力的整體式鑄造鋁合金車輪外加載荷的應力數(shù)值分析

利用ANSYS軟件在車輪中間凸臺面施加所有自由度的約束，對車輪分別施加徑向載荷、軸向載荷以及扭矩載荷，進行考慮殘余應力的整體式鑄造鋁合金車輪應力數(shù)值分析。

3、有益效果

本發(fā)明與現(xiàn)有的鋁合金車輪外加載荷的應力數(shù)值分析相比較，有如下優(yōu)點：

1)考慮了殘余應力對車輪外加載荷的影響，保證車輪優(yōu)化設計應用的可靠性。

2)完善了鑄造承載構(gòu)件優(yōu)化設計過程中不可忽略的殘余應力問題，這種應力數(shù)值分析方法適用于所有鑄造承載構(gòu)件的結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化工作。

附圖說明

圖1是Exchange-Element.m程序流程圖；

圖2是Read-Stress.m程序流程圖；

圖3是Exchange-Stress.m程序流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步的描述。

1.鑄造殘余應力的計算

利用ProCAST的Stress?Analysis應力計算模塊對型號為6019的整體式鑄造鋁合金汽車車輪的鑄造殘余應力進行計算。計算時采用熱彈塑性模型，該模型不直接計入粘性效應，它認為材料屈服前為彈性，屈服后則為塑性，彈性模量與屈服應力是溫度的函數(shù)，且當材料接近熔點時，彈性模量與屈服應力均變?yōu)?。車輪鑄件材料為A356.2，成分的質(zhì)量分數(shù)為：ω(Si)＝7％，ω(Mg)＝0.33％，余量為鋁，泊松比σ＝0.33。