[發明專利]一種整體式碳纖維復合材料輪轂的設計方法

有效

• 申請號: 202110488171.3
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113255056B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 閆佳奇;董向坤;李軍;顧永濤;劉斌;劉敏;夏昌興;張正杰;張榮學;陳長青
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;B60B5/02;G06F113/26
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林

本發明公開了一種整體式碳纖維復合材料輪轂的設計方法,屬于輪轂設計技術領域，包括：使用PTC Creo仿真軟件建模及評估鋁合金輪轂的基準對比，得到碳纖維復合材料輪轂概念模型數據；根據鋁合金輪轂造型以及碳纖維復合材料輪轂概念模型數據得到碳纖維復合材料輪轂結構模型；對碳纖維復合材料輪轂結構模型利用ANSYS軟件進行有限元分析得到預測結果；通過預測結果對碳纖維復合材料輪轂結構模型進行優化設計得到最終碳纖維復合材料輪轂結構模型。本發明公開了一種整體式碳纖維復合材料輪轂的設計方法，重量減少50％以上，并且通過復合材料鋪層可行性設計，提前預知整體式方案技術可行，最后經過樣件試制來進行驗證。

技術領域

本發明公開了一種整體式碳纖維復合材料輪轂的設計方法,屬于輪轂設計技術領域。

背景技術

當前主流的輪轂材料選擇鋁合金，其中百分之八十左右的鋁合金輪轂采用鑄造工藝，少量高性能輪轂采用鍛造工藝。另外的材料有鋼、鎂合金及碳纖維復合材料。碳纖維復合材料相較于鋁合金輪轂重量減輕約50％左右，其優異的力學性能、耐熱性及耐疲勞能力，較輕的輪轂使得汽車有更好的制動等動力學性能，性能安全性及環保性都得到提高。

國外有少量整體成型碳纖維輪轂設計案例，但是國內在此塊仍為空白。為填補國內現有技術的空白，從金屬輪轂中分析工況及目標性能要求，解決碳纖維輪轂結構設計、有限元仿真及碳纖維增強復合材料鋪層設計問題。

專利采用高性能碳纖維復合材料，進行CFRP結構鋪層設計、連接設計、CAE建模與仿真分析，性能驗證等。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提出一種整體式碳纖維復合材料輪轂的設計方法，本發明設計了在原有鋁合金輪轂的外形下進行復合材料優化設計，運用有限元軟件，分析碳纖維輪轂的靜強度及動強度，解決碳纖維零部件的結構設計優化、性能評價、連接評價等技術問題。

本發明的技術方案如下：

一種整體式碳纖維復合材料輪轂的設計方法,包括如下步驟：

步驟S10，使用PTC Creo仿真軟件建模及評估鋁合金輪轂的基準對比，得到碳纖維復合材料輪轂概念模型數據；

步驟S20，根據鋁合金輪轂造型以及碳纖維復合材料輪轂概念模型數據得到碳纖維復合材料輪轂結構模型；

步驟S30，對碳纖維復合材料輪轂結構模型利用ANSYS軟件進行有限元分析得到預測結果；

步驟S40，通過預測結果對碳纖維復合材料輪轂結構模型進行優化設計得到最終碳纖維復合材料輪轂結構模型。

優選的是，所述步驟S10包括：

步驟S101，獲取鋁合金輪轂的基準數據；

步驟S102，利用使用PTC Creo仿真軟件建立碳纖維復合材料模型，通過鋁合金輪轂的基準數據得到碳纖維復合材料輪轂概念模型數據。

優選的是，所述步驟S30包括：

步驟301，根據鋁合金輪轂不同的區域受力特點和碳纖維復合材料輪轂結構模型得到碳纖維復合材料輪轂鋪層設計；

步驟S302，將碳纖維復合材料輪轂結構模型導入Hypermesh軟件中進行網格的劃分；

步驟S303，利用ANSYS軟件進行建模對碳纖維復合材料輪轂的載荷和邊界條件進行處理以及結構性能分析得到預測結果。

優選的是，所述載荷和邊界條件包括：過壓、軸向剛度和徑向剛度。

優選的是，所述載荷和邊界條件還包括：扭轉剛度、轉向疲勞和雙軸疲勞載荷工況。

優選的是，所述載荷和邊界條件還包括：徑向沖擊和13度沖擊。