一种汽车车轮变厚度轮辋的优化设计方法技术

一种汽车车轮变厚度轮辋的优化设计方法，它有四大步骤：一：建立等截面轮辋有限元模型，计算其在径向载荷作用下的应力，确定强度约束条件；二：通过建立轮辋参数化CAD模型，设定轮辋典型尺寸，更新轮辋几何；三：将轮辐、轮辋CAD模型导入CAE软件中,模拟其在径向实验下的应力水平，设定轮辐、轮辋的连接关系、边界条件、载荷工况、划分网格，进行求解分析，得到轮辋最大应力；四：在优化平台软件中集成CAD软件和CAE软件，选择轮辋典型设计尺寸为设计变量，轮辋最大应力为约束条件，轮辋质量最小为优化目标，选择优化算法进行优化，直到得到最优结果。本发明专利技术提高了验证校核的准确性，“设计—计算—修改”优化过程自动运行，缩短了产品开发时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽车车轮变截面轮辋的尺寸优化设计方法，尤其涉及，属于汽车及机械工程

技术介绍
无内胎钢制车轮中的轮辐和轮辋两部分分别制造，然后焊接在一起。目前，无内胎钢制车轮的轮辐普遍采用的等强度结构，而无内胎钢制车轮的轮辋则还是按照等厚度结构设计，设计流程是通过反复的“设计一计算(或实验)一修改”来实现的。此种轮辋设计方法有以下不足之处1、轮辋的截面厚度是按最危险载荷截面设计的，载荷小和载荷大的部位采取相同的厚度。这样，不仅浪费了钢材，也增加了车轮的质量；2、对轮辋尺寸设计的依据主要靠经验，CAE仅用来检验设计结果，而不是用来驱动产品设计，无法得到最优的产品 结构，严重增加了设计时间和开发成本。
技术实现思路
本专利技术的目的，是为了解决上述问题，提供。该方法不但提高了验证校核的准确性，而且设计优化过程“设计一计算一修改”可以自动运行，大大缩短产品开发时间。本专利技术所提供的是一种变截面轮辋设计方法，它是集成优化方法，即将优化算法和CAD建模、CAE分析集成，首先建立CAD参数化模型、CAE分析模型，选择具有代表性的截面设计参数进行建模分析，优化器对这些模型进行优化，寻找最优的设计参数取值。本专利技术通过以下技术方案予以实现本专利技术，其特征在于，它包括以下步骤步骤一建立等截面轮辋有限元模型，计算其在径向载荷作用下的应力；在径向载荷作用下轮辋与轮胎接触部位的应力分布近似服从余弦波状，波形中心夹角对称于压力方向，载荷作用的最大偏转角0。的范围为30度至40度之间，0。的含义见图2，它是径向载荷作用的最大偏转角。在进行仿真计算时，设应力分布为余弦波状且Qtl为36度，将钢圈平均划分为10等份。作用力的间隔恰好为36度，依次施加该径向作用力，共计进行分析10次完成一完整作用力周期。车轮径向分布力与最大径向分布力间的关系权利要求1.，其特征在于它包括以下步骤 步骤一建立等截面轮辋有限元模型，计算其在径向载荷作用下的应力；在径向载荷作用下轮辋与轮胎接触部位的应力分布近似服从余弦波状，波形中心夹角对称于压力方向，载荷作用的最大偏转角Θ。的范围为30度至40度之间，Θ。是径向载荷作用的最大偏转角，在进行仿真计算时，设应力分布为余弦波状且Θ ^为36度，将钢圈平均划分为10等份，作用力的间隔恰好为36度，依次施加该径向作用力，共计进行分析10次完成一完整作用力周期； 车轮径向分布力与最大径向分布力间的关系2.根据权利要求I所述的ー种汽车车轮变厚度轮辋的优化设计方法，其特征在于步骤一所述的CAD软件为SOLIDWORKS软件。3.根据权利要求I所述的ー种汽车车轮变厚度轮辋的优化设计方法，其特征在于步骤一所述的CAE软件为ABAQUS软件。4.根据权利要求I所述的ー种汽车车轮变厚度轮辋的优化设计方法，其特征在于步骤四中的优化平台软件为ISIGHT软件，优化算法为多岛遗传算法。全文摘要，它有四大步骤一建立等截面轮辋有限元模型，计算其在径向载荷作用下的应力，确定强度约束条件；二通过建立轮辋参数化CAD模型，设定轮辋典型尺寸，更新轮辋几何；三将轮辐、轮辋CAD模型导入CAE软件中,模拟其在径向实验下的应力水平，设定轮辐、轮辋的连接关系、边界条件、载荷工况、划分网格，进行求解分析，得到轮辋最大应力；四在优化平台软件中集成CAD软件和CAE软件，选择轮辋典型设计尺寸为设计变量，轮辋最大应力为约束条件，轮辋质量最小为优化目标，选择优化算法进行优化，直到得到最优结果。本专利技术提高了验证校核的准确性，“设计—计算—修改”优化过程自动运行，缩短了产品开发时间。文档编号G06F17/50GK102855359SQ201210335709公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日专利技术者单颖春, 王洪禹, 王杰功, 刘献栋, 何田 申请人:北京航空航天大学, 山东兴民钢圈股份有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车车轮变厚度轮辋的优化设计方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：建立等截面轮辋有限元模型，计算其在径向载荷作用下的应力；在径向载荷作用下轮辋与轮胎接触部位的应力分布近似服从余弦波状，波形中心夹角对称于压力方向，载荷作用的最大偏转角θ0的范围为30度至40度之间，θ0是径向载荷作用的最大偏转角，在进行仿真计算时，设应力分布为余弦波状且θ0为36度，将钢圈平均划分为10等份，作用力的间隔恰好为36度，依次施加该径向作用力，共计进行分析10次完成一完整作用力周期；车轮径向分布力与最大径向分布力间的关系：Wr=W0cos(π2θθ0)（公式1）公式1中，Wr为角度为θ时，对应的等效车轮径向分布力；W0为等效的最大径向分布力；对公式1进行积分得：W=b∫-θ0θ0WrrbdθW=4brbθ0W0π即：W0=Wπ4brbθ0（公式2）公式2中，W：径向集中力W0为等效最大径向分布力b为胎圈座受力宽度rb为胎圈座半径θ0为径向分布载荷作用的最大偏转角由于在车轮轮胎座上的分布力是作用在轮辋上的两侧，所以，公式2中所用的加载径向集中力W为试验加载力的一半；从CAD软件导入轮辐、轮辋模型到CAE软件中，将径向载荷加在轮辋胎圈座上，设定轮辐、轮辋的连接关系为绑定关系，边界条件为约束轮辐内侧面的所有自由度、划分网格，保存有限元模型，进行求解分析，得到轮辋最大应力，作为步骤四优化过程的约束条件；步骤二：通过CAD软件建立轮辋参数化模型，等截面轮辋截面由圆弧和直线组成，变截面轮辋的设计方法是采用样条曲线代替等截面轮辋中的圆弧线，添加尺寸约束实现参数化，这样可以通过控制参数的变化来变化轮辋截面形状；取截面控制参数D1、D2、D3作为设计参数，导出轮辋几何STP格式文件供步骤三的CAE软件使用；步骤三：将轮辋CAD模型STP格式文件导入CAE软件中,模拟其在径向实验下的应力水平，进行下列操作：a.打开步骤一的有限元分析模型，删除原轮辋几何，导入更新后的轮辋几何；b.设定轮辐、轮辋的连接关系为绑定关系，边界条件为约束轮辐内侧面的所有自由度、划分网格，进行求解分析，得到轮辋最大应力；步骤四：在优化平台软件中集成CAD软件和CAE软件，选择轮辋典型设计尺寸为设计变量，等截面轮辋最大应力为约束条件，轮辋质量最小为优化目标，选择优化算法进行优化，不断重复步骤二、三，直到得到最优结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：单颖春，王洪禹，王杰功，刘献栋，何田，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，山东兴民钢圈股份有限公司，
类型：发明
国别省市：