铝合金车轮双轴疲劳试验仿真分析

车轮是汽车零部件中的A类核心部件,车轮的安全性能直接影响汽车的正常行驶。车轮在工作过程中受到随机载荷的作用,车轮的疲劳寿命问题是核心问题。目前主要采用弯曲疲劳试验和径向疲劳试验作为车轮疲劳寿命的试验方法,但这两种试验只考虑单一载荷工况,导致试验结果与实际情况有较大出入。车轮双轴疲劳试验是一种全新的试验方法,同时考虑多向载荷对车轮的影响,可以较为真实地反映车轮在实际运行过程中的受力情况。试验周期长、成本高是车轮双轴疲劳试验的缺点。以铝合金车轮为例,进行车轮双轴疲劳试验仿真分析,通过对比仿真结果与实际试验结果,验证仿真分析的有效性和可靠性,进而为企业缩短车轮研发周期,降低车轮研发成本提供支持。     

铝合金车轮径向疲劳试验的数值仿真

将动态接触转化成节点可相对移动的缓冲过渡层,提出径向疲劳模型中轮胎与轮辋接触问题的解决方法.过渡层通过共用节点的方法离散成五面体单元,传递轮胎对轮辋的作用力.由于过渡层刚度很小而且厚度小,所以对车轮刚度的影响可以忽略不计.考虑到试验中转鼓与车轮的滚动接触切向力比较小,仅以等效的径向压力施加到轮胎上.文中建立整个试验过程的有限元模型,通过与试验结果以及前人的成果相对比,表明分析模型是正确而有效的.     

制动热应力对车轮辐板单轴疲劳影响

随着重载列车的不断发展,辐板的热-机疲劳成为车轮破坏的主要形式。基于Ansys有限元软件,对车轮辐板的制动热应力进行分析,利用单轴疲劳准则和Haigh-Goodman疲劳极限图对车轮辐板进行疲劳评估。分析了制动热应力对车轮辐板单轴疲劳的影响。结果发现:(1)未考虑制动热应力下,新制轮和磨耗轮辐板的各节点的抗疲劳性能均满足要求;制造态残余应力使辐板的疲劳薄弱位置发生了转移;最易发生疲劳的截面为0°、180°和40°～60°。(2)考虑制动热应力下,新制轮和磨耗轮辐板的各节点的抗疲劳性能均满足要求,但是在FPH和BPR处平均应力未能达到安全要求。     

集成铸造数值模拟的车轮疲劳分析

弯曲疲劳寿命是汽车车轮重要的性能指标,目前其预测方法仍局限于传统的名义应力法或局部应力应变法,没有考虑微观组织和铸造缺陷对疲劳寿命的影响,预测铝合金车轮在低应力水平下的高周疲劳寿命时与实际情况存在相当差距。基于小裂纹扩展理论,建立低压铸造铝合金A356-T6车轮的以二次枝晶臂间距、针孔尺寸为参数的疲劳寿命预测模型。实现铸造模拟、有限元分析与疲劳分析的集成,初步建立起综合铸造过程、铸造缺陷以及相关下游制造工艺对车轮力学性能影响的平台。以某型车轮为例,采用该方法预测其弯曲疲劳寿命,试验验证预测结果比Simth-Waston-Topper方法更为准确。     

起重机车轮的疲劳可靠性分析

根据起重机车轮的工作应力和疲劳强度的概率分布,采用疲劳可靠性设计方法,对车轮进行分析计算,建立车轮许用轮压与起重机机构工作级别、车轮直径、轨道曲率半径及材料疲劳强度极限等因素之间的关系,为起重机车轮的合理选用提供了一种理论依据。     

车轮径向疲劳试验有限元仿真及疲劳寿命估算

采用有限元分析方法,建立汽车车轮有限元模型,模拟车轮径向疲劳试验施加合理的载荷及边界条件.通过分析车轮试验过程中的应力变化情况,得出高应力集中区域及其各主应力值,运用疲劳寿命计算理论及ANSYS软件估算车轮的疲劳寿命.通过与车轮径向疲劳试验结果进行比较,结果表明高应力集中区域与实际裂纹位置吻合,预估的疲劳寿命与车轮实验寿命基本吻合,验证了有限元方法预估车轮寿命的有效性,为以后对车轮进行结构改进起指导作用.     

重载货车车轮踏面制动辐板热应力分析

采用大轴重货车是解决我国铁路货运能力不足的主要途径之一,然而提高轴重意味着车轮踏面所受的制动热负载将会增大,这可能导致大轴重货车车轮辐板热损伤加剧。因此,有必要通过对不同轴重车轮热应力的对比分析,揭示轴重大小对车轮辐板损伤的影响规律,为制定大轴重货车运行和制动条件提供支持。提出研究此问题的新思路,采用热弹塑性有限单元法,模拟在热处理工艺过程中车轮辐板残余应力分布状况,使得车轮存在仿真制动工况所需的初始残余应力。对重载运煤专线—大秦线全程循环制动进行模拟,计算得到车轮制动功率—时间历程,仿真在此工况下30 t重载货车车轮辐板的温度场和热应力场的分布状况。计算比较21 t、25 t和30 t轴重货车车轮在大秦线全程循环制动中热应力和制动完全结束后的残余应力的变化规律。结果表明,车轮在热处理后,车轮辐板残余应力是不可忽视的。随着轴重的增大,车轮辐板将承受更大的热应力和残余应力。     

热作模具热疲劳寿命评估及预测方法的研究进展

热作模具服役过程中存在温度及机械载荷的循环变化,产生变形及失效的机理复杂,故热作模具热疲劳寿命的评估预测是模具应用研究的难点。结合现有研究成果,介绍了热应力疲劳研究中可用于热作模具热疲劳寿命评估及预测的方法, 从唯象寿命模型和损伤累积模型两个角度分别阐述了热作模具热机械疲劳寿命的研究,并对热作模具热疲劳寿命预测的发展趋势进行了展望。     

轿车铝合金车轮弯曲疲劳性能的有限元分析

利用三维建模软件ug和有限元分析软件Ansys建立某款轿车铝合金车轮的弯曲疲劳试验力学分析模型.结合铝合金的材料特性,通过Ansys的结构分析模块研究螺栓预紧力、旋转离心力和试验弯矩对车轮结构强度的影响以及车轮结构的应力应变分布规律,找出应力集中区域.通过与实际试验结果的比较,验证了有限元分析结果的准确性.     

材料特性对车轮疲劳强度的影响

研究材料非线性本构、非金属夹杂物、低温冲击功和断裂韧性对高速动车组车轮疲劳强度的影响。考虑弹塑性接触带钢轨车轮有限元分析模型,研究不同轮径下车轮轮辋应力分布规律。研究影响车轮疲劳强度的材料主要性能指标,研究夹杂物尺寸和许用应力、裂纹扩展门槛值的关系。研究断裂韧性和踏面剥离的关系、低温冲击功和车轮瞬间脆性破坏的关系。分析不同轮径和车轮疲劳强度的关系。     

轮毂弯曲疲劳试验的仿真分析

通过仿真分析和经验总结，找到了轮毂能通过弯曲疲劳试验的极限应力。在产品的设计阶段就可以判断出不能通过试验的薄弱位置，进而通过修改产品设计预先避免不合理的应力分布，并且在实际的应用中，证明了此方法的可行性。     

Numerical analysis for predicting the rolling contact fatigue crack initiation in a railway wheel steel

This paper concerns the modelling of the rolling contact fatigue of a railway wheel steel, which is simulated with moving Hertzian contact pressure. Parametric studies are carried out with a two-dimensional elastic-plastic finite element model of a part of a wheel containing defects. Several parameters, namely the size and shape of material defects, the load magnitude and the friction coefficient are varied to investigate their effect on the railway wheel fatigue damage. Defects or small friction coefficient are a plausible explanation to the initiation of deep subsurface fatigue cracks.     

高速列车车轮多边形对齿轮箱疲劳寿命的影响

车轮多边形是高速列车运行过程中常见的磨耗现象,该现象使轮轨作用力增大,齿轮箱持续异常振动,并会影响其疲劳寿命.为研究高速列车车轮多边形对齿轮箱疲劳寿命的影响,建立了含有齿轮箱支撑轴承的驱动系统和柔性齿轮箱的刚柔耦合整车动力学模型,采用数值仿真分析方法,通过分析不同车轮多边形幅值下轮轨垂向力和齿轮箱垂向振动加速度确定极端...     

轮盘和螺栓预紧力对车轮疲劳强度的影响

根据UIC510-5标准,使用单轴疲劳准则对辐板非孔区域进行分析,应用Crossland和Dang Van多轴疲劳准则分析定位销安装孔和螺栓孔的疲劳强度,分析结果表明:制动盘的安装使辐板孔区域、辐板与轮毂过渡区域,以及辐板与轮辋过渡区域的最小安全系数增大;螺栓预紧力由47.62k N增大至64.94k N,车轮辐板各区域的安全系数变化较小;相对于Crossland准则,使用Dang Van多轴疲劳准则评定辐板孔区域疲劳强度得到的安全系数较小;车轮辐板区域最小安全系数为1.17,其疲劳强度满足要求。     

火车车轮全模锻数值模拟

铁路运输在我国国民经济中起着至关重要的作用,十二五期间,铁路将朝着高速重载方向发展。车轮作为铁路运输车辆重要零部件之一,对其质量与数量的要求变得越来越高。全模锻法制造的车轮具有金属力学性能好、几何尺寸精度高、金属切削量少、不平衡度及表面缺陷小等诸多优点。通过三维有限元分析软件Deform-3D对车轮全模锻加工工艺过程进行数值模拟仿真,得出车轮全模锻过程金属流动规律以及模具受力情况,该仿真结果为车轮全模锻实际生产提供理论依据。     

谐波齿轮传动柔轮的应力和疲劳强度分析

柔轮的工作应力和寿命决定了整个谐波减速机的传动性能,对柔轮的应力和疲劳强度的研究,有利于提高谐波传动精度和柔轮使用寿命.从理论的角度计算了某型号谐波齿轮减速机的杯型柔轮空载下的应力峰值和负载时柔轮的疲劳安全系数,利用Inventor建模和ANSYS Worbench仿真软件验证了计算结果的可靠性,得到了柔轮最大等效应力...     

The effect of rubber contact on the fretting fatigue strength of railway wheel tire

The cause of the ICE train derailment, which occurred in 1998 at Eschede, was fatigue failure originating on the inside of the wheel tire. Rubber-sprung resilient wheels were used for the trailer cars. The wheel tire is mounted on the wheel disc. Thirty-four rubber pads were arranged between the wheel disc and the wheel tire. It was postulated that fretting fatigue between the rubber block and the inner side of the tire might have an influence on the initiation of the incipient crack. In order to clarify the influence of the rubber contact on the fatigue strength of the tire, fretting fatigue experiments under rubber contact conditions were performed. During the fundamental fretting fatigue test using bridge pads and small size carbon steel specimens, no typical fretting damage such as fretting wear and minute cracks were observed due to contact of the rubber. Stress conditions of the rubber-sprung wheel under vertical and lateral wheel loads were evaluated by a three-dimensional elastic stress analysis. Since the rubber is a super-elastic material, the Mooney-Rivlin model was used in the FEM calculation. It was found that the wheel tire is subjected to a cyclic stress during one revolution of the wheel and the maximum stress occurred at the center of the inner surface of the tire where the fatigue crack initiated. Fatigue strength of the wheel tire was determined by the rotating bending fatigue testing of specimens taken from the tire. It was found that the tire with an 862 mm diameter at a wheel load of 80 kN had a safety factor more than 3.5 from a fatigue limit diagram with a failure probability of 0.01. To confirm the fretting damage under the rubber contact and the result of the fatigue strength evaluation, fatigue tests of a full size wheel were made. After 20 million cycles at the wheel load of 280 kN, which was just below the endurance limit estimated by the endurance limit diagram, no fretting damage and no fatigue cracks were observed. The wheel was, however, fractured at 1.56 million cycles under the maximum load of 308 kN, which was just above the endurance limit. The estimation of the safety factor of 3.5 estimated from the endurance diagram was confirmed by the full size fatigue testing. It was concluded that there was no effect of fretting due to the rubber contact on the fatigue strength of the rubber-sprung single-ring railway wheel.     

铝合金轮毂的结构优化及试验分析

针对铝合金轮毂有限元分析模型中的应力集中和强度富余情况,利用ANSYS软件对其进行结构优化,使其应力分布更加合理,达到了提高材料的利用率和减轻自重的目的.优化后的轮毂通过了弯曲疲劳试验、径向疲劳试验和冲击试验,且试验结果与有限元分析结果基本吻合,从而论证了该轮毂研发途径的可行性.