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汽車鋼圈是介于輪胎和車橋之間承受負荷的旋轉(zhuǎn)件，是汽車行駛系統(tǒng)中重要的安全部件。在行駛中鋼圈要承受與地面之間的所有相互作用力和力矩，強度失效是車輪的主要破壞形式，它對汽車的行駛安全性、穩(wěn)定性、平順性和牽引性有較大的影響。
傳統(tǒng)的汽車鋼圈的強度分析是基于實驗測試而開展的，但隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用有限元技術(shù)能方便地解決此類難題。由于汽車鋼圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很多文獻認為螺栓預(yù)緊力對汽車鋼圈的彎曲強度影響不大，進行了忽略或簡化處理。這種處理方法與事實不符。利用三維CAD軟件和有限元軟件建立了較全面真實反映汽車鋼圈彎曲疲勞實驗的有限元模型，其中采用了預(yù)緊力單元與節(jié)點藕合相結(jié)合的方法實現(xiàn)了螺栓預(yù)緊力的目的，進而得到了鋼圈的計算應(yīng)力分布，最后通過實驗進行了驗證。
在工程計算中，經(jīng)常會遇到由于螺栓預(yù)緊而引起的初應(yīng)力問題，它的作用是一方面起緊固連接的作用，另一方面則可以降低試驗的拉應(yīng)力。汽車鋼圈的動態(tài)彎曲疲勞實驗是鋼圈最重要的疲勞實驗，其試驗裝置按國標(biāo)GB/T5334-2005，如圖所示。鋼圈固定在工作臺上，通過電機帶動工作臺和鋼圈轉(zhuǎn)動，加載軸上的法蘭通過螺栓與鋼圈相連，來傳遞加載軸末端施加的載荷。因此，螺栓預(yù)緊而引起的初應(yīng)力對鋼圈強度有一定的影響。
精確的有限元模型是計算結(jié)果的準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。以下在深入研究ANSYS有限元仿真軟件的基礎(chǔ)上，并結(jié)合生產(chǎn)實際，考慮到各方面的影響因素，給出了如下的強度分析流程。應(yīng)用UG三維CAD軟件建立了鋼圈、加載桿和螺栓的三維實體模型，再將實體模型導(dǎo)入到ANSYS有限元軟件中，為了使鋼圈的復(fù)雜結(jié)構(gòu)邊界得到更好的擬合，采用了Bricknode185實體單元進行了自適應(yīng)的網(wǎng)格劃分，得到的有限元模型。
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