基于ANSYS的某輪轂疲勞壽命分析

張小石，郝秀平，廖 輝，魏松波

（中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山西 太原 030051）

0 引言

采用傳統(tǒng)的材料力學(xué)、彈性力學(xué)或斷裂力學(xué)等，可以對(duì)一些簡(jiǎn)單的模型和受力進(jìn)行分析，但是對(duì)于大量實(shí)際科學(xué)、工程計(jì)算問(wèn)題，或者復(fù)雜模型和復(fù)雜載荷，由于數(shù)學(xué)上的困難，采用傳統(tǒng)的方法并不一定能取得精確解。鑒于有限元理論的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)輪轂結(jié)構(gòu)性能的分析可以采用有限元方法解決。本文利用ANSYS軟件，通過(guò)設(shè)定材料的屬性，對(duì)有限元模型施加相應(yīng)的位移邊界條件和載荷邊界條件，再進(jìn)行計(jì)算，得到某輪轂的應(yīng)力、位移、應(yīng)變以及疲勞載荷允許循環(huán)次數(shù)的數(shù)值解，通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析，可對(duì)輪轂性能做出綜合評(píng)價(jià)。

1 有限元模型的建立

在UG中建立某輪轂的三維實(shí)體模型，再將建好的模型導(dǎo)入ANSYS中，如圖1所示。

圖1 輪轂的三維實(shí)體模型

劃分網(wǎng)格后，得到輪轂的有限元模型如圖2所示。

2 采用接觸分析得出輪轂上的應(yīng)力分布規(guī)律

分析輪轂的受力情況，就輪轂與地面接觸進(jìn)行分析。設(shè)θ為載荷與x軸正方向的夾角，輪轂只在θ角為［180°，360°］處承受載荷，故在施加載荷函數(shù)中θ的取值為［180°，360°］。

圖2 輪轂的有限元模型

當(dāng)θ∈ ［180°，270°］時(shí) 的 載 荷 如 圖 3 所 示；當(dāng)θ∈［270°，360°］時(shí)的載荷如圖4所示。

圖3 θ∈［180°，270°］時(shí)的載荷函數(shù)求解

圖4 θ∈［270°，360°］時(shí)的 載荷函數(shù)求解

取輪轂承載部分界面，其中 ［180°，360°］弧段為所要施加載荷的部分，設(shè)施加的壓力為Pr，它在x，y方向的分力分別為Px，Py，由于載荷的對(duì)稱(chēng)性，綜合圖3、圖4可知，x方向分力的合力為零。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，Pr近似呈正弦函數(shù)分……