发布时间 : 星期六 文章基于UG的“凤舞”汽车轮毂 三维建模及有限元应力分析 - 图文更新完毕开始阅读bf6306123968011ca3009177
华侨大学本科毕业设计论文 目录
5.1.2车轮弯曲载荷计算 ..................................... 31 5.2车轮弯曲疲劳试验模型的建立 ................................. 31
5.2.1建立车轮弯曲疲劳试验几何模型 ......................... 31 5.2.2建立车轮弯曲疲劳试验有限元模型 ....................... 31 5.2.3施加边界条件及载荷 ................................... 32 5.3求解计算及结果分析 ......................................... 34 5.4本章小结 ................................................... 37 第六章 结论与展望 ................................................. 38
6.1主要结论 ................................................... 38 6.2工作展望 ................................................... 38 参考文献........................................................... 40 致谢............................................................... 42 附录：凤舞汽车轮毂CAD图........................................... 43
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华侨大学本科毕业设计论文 绪论
第一章 绪论
1.1课题的研究目的和意义
本课题研究的目的是：（1）学习和掌握UG软件的3D建模、有限元分析功能；（2）针对实际工程结构，完成其3D几何建模、网格划分、强度分析，熟悉 UG软件的相关功能；（3）综合运用所学专业知识，独立完成工程结构件的强度分析。
本课题研究从汽车造型的基本特征入手，结合视知觉心理学及工业设计美学，融入中国传统文化元素，进行具有中国特色的轮毂造型设计；利用UG三维软件建立模型，并用有限元法分析结构，进行模拟实验，旨在设计出造型与结构一体化的具有中国特色的汽车轮毂。
在科技高速发展的今天，汽车工业已经成为了当今国民经济的主要支柱产业之一，随着人们生活质量的提高，轿车成为了人们生活的一部分。据 2010 年汽车销量排行榜，上海通用以 1038988 辆的销售量取得了销售量冠军，同比增长达到了 42.8%，其中别克品牌全年销量 550014 辆，同比增长 23%，雪佛兰品牌全年销量471575辆，增幅为73%，凯迪拉克品牌销售17366辆，同比增长139%，另外上海大众也突破了百万辆销售记录，成为国内第二家产销突破百万辆的汽车企业，于此同时，国内的民族品牌吉利和长城也都有良好的销售，分别同比增长 22%和 98%，随着汽车销售量的剧增，车轮的需求也在不断提高，提供高质量低成本的车轮对车轮厂提出了更高的要求。汽车行业的飞速发展，在给人们带来便利的同时，也造成了一些问题，例如能源、安全和环境等。车辆在减少能源消耗方面，减轻整车重量是一个有效途径，但是，整车轻量化的同时，可能对汽车的安全造成影响，因此有必要在保证汽车强度和刚度符合要求的前提下，对汽车进行轻量化设计。
车轮的主要功能是与轮胎一起支撑整车、缓解路面给车体带来的冲击力，同时车轮通过轮胎同轮眉间的摩擦力来产生驱动力和制动力。当汽车转弯行驶时产生平衡离心力的侧抗力，为了保证汽车正常转向行驶，通过车轮产生的自动回正力矩，使汽车保持直线行驶方向。
科技的不断进步，车轮形式呈多样化发展，人们越来越注重汽车的外观、经济性和舒适性，这就使得汽车行业竞争越来越激烈，同时给汽车生产商提出越来越多的要求，车轮作为汽车上的主要零部件也需要不断地提高性能。目前，车轮生产商在保证车轮强度和刚度的情况下，尽力使车轮朝着轻量化和美观化的方向发展，无论是从客户还是从生产商来讲都是意义重大的，现在车轮企业已经使用有限元技术来指导车轮的开发设计过程【1】。
本课题通过对中国传统文化的研究，归纳轮毂造型设计的要素，原则及其方法；并将其融合到汽车轮毂的造型设计中，运用UG三维建模及有限元分析技
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术使其不仅做到结构轻量化同时又满足人们对审美的需求，以期为汽车轮毂造型设计与结构设计提供好的方法。
1.2国内外研究的现状及发展趋势
车轮和汽车的发明、改进，使人类的交通运输发生了革命性的改变，对人类文明产生了极为重要的影响。车轮的发展经历了漫长的历史过程：最早的汽车车轮继承于马车，密密麻麻的辐条是这个时期车轮的主要特点，而且这个时期的车轮轮毂、轮辋的概念都是非常明确的，并不像现在我们所说的车轮这样包括了轮胎和车轴之间的整个部分。轮辋是指紧贴胎唇的部分，轮毂是指套在车轴外层的部分，辐条呈放射状由轮毂发散到轮辋。轮辋、轮毂、辐条，三者是可分离的，并不是一体的。随着科技的进步，工业的发展，在19世纪末20世纪初的这段时间，轮辋、轮毂、辐条开始通过铸造工艺合为一体。此后不久，随着轮胎工艺的发展，我们非常熟悉的钢（铁）车轮出现了，后来爱美的人们发明了一个东西叫车轮盖，一般用塑料制成，盖在钢车轮外层。车轮盖开始是为了“遮丑”。 现在，铝合金车轮成为主流【2】。
车轮是车辆承载的重要安全部件,对它的安全性要求很高。它除了受正压力外, 还承受因车辆启动、制动时扭矩的交互作用, 以及行驶过程中转弯、冲击等来自各个方向的不规则受力。车轮在高速旋转中, 还影响车辆的平稳性、操作性等性能。当前国际先进的汽车设计，一是考虑它的安全性，；二是考虑它的节能性；三是考虑它的简易操作性。特别是现在全球能源紧张，石油价格不断攀升，如何降低能源的消耗以及缓解对环境的污染已成为汽车设计界的主要关注问题。而在降低能耗的一个关键因素就取决于汽车自身的重量，降低汽车自重一般采用两种方法，一是在提高材料强度和可靠性的基础上，利用有限元分析法使汽车结构实现最优化设计，使零部件合理化、薄壁化、中空化、小型化等;二是采用轻量化材料。车轮，是汽车的“鞋子”。具体来讲，“鞋底”是车轮胎，“鞋帮儿”则是轮毂。其中轮毂由轮辋和轮辐构成。轮毂一方面通过轮辋与轮胎配合，另一方面通过轮辐与车桥相连，发挥其承载、行驶、转向、驱动和制动等作用。而其中有资料表明，轮毂质量的减轻对于燃油经济性的提高效果要比减轻汽车其它部件的质量要大的多，而且试验表明，汽车轮毂 (轮辋、轮辐部分)在满足其使用性能要求的基础上存在着减轻质量的潜力【3】。因此，虽然至今汽车轻金属材料主要仍是集中用在车身上，但是在转动件和振动件中的用量也在与日俱增，按质量计，轮毂占首位。
尽管我国汽车工业发展迅速，但与工业化的汽车强国相比还存在不少差距，其中之一便是汽车用材与国外存在一定差距，汽车铝化率还比较低，以轿车最为突出，一般轿车单车耗铝量仅为40-50kg左右，随着世界汽车轻量化进程的加快，特别是加入WTO后，汽车市场竞争国际化日趋激烈，汽车的节能化、轻量化成
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为我国汽车工业发展的必要趋势。 轮毂造型设计方法研究
汽车类型不同，所选用的车轮结构也不尽相同，国际上对于车轮轮毂造型的设计已趋于成熟，每个国家在设计过程中都融入了自己的民族文化特色。也是西方国家在激烈的市场竞争中保持不败的一大筹码【4】。而我国在这一领域的创新设计方面严重不足，具有中国特色的车轮设计几乎没有，即使是国产汽车的车轮也大多延用国外的造型。因而有必要结合设计美学，人机工程学及中国传统文化元素，开展汽车轮毂的造型设计研究，创造出具有中国民族特色以及自主知识产权的产品。2005年美籍华人,汽车资深设计师陈聪仁谈论中国的汽车设计时提出了中国汽车设计应体现本土特色的观点【5】。2007年王谦在ART PANORAMA上发表的论文中总结了现阶段国内外汽车造型的现状，认为现在我国的汽车造型设计不但要学习西方经验而且要坚持自己的特色，将中华民族传统文化融入潮流从而焕发出新的光彩【6】。2008年孙利在包装工程上发表的论文中论述了汽车轮毂造型本土化设计的4种方法。对提高中国轮毂造型的本土化设计水平，拓展中国汽车轮毂的国际市场具有重要意义和影响【7】。2009年南京华舜轮毂有限公司/陆斌等在MC现代零部件上发表的论文中介绍了现有的一些时尚车轮设计【8】，让我们在感叹轮毂设计的多姿多彩的同时，也在深思中国汽车设计的未来。同期的湖南科技大学工业设计系的王沈策等发表的论文中分析了汽车造型与中国传统文化的关联性。提出了如何利用工业设计中的感性工程学的系统理论来设计汽车的外观造型【9】。这也为我们在车轮造型设计过程中融入中国传统艺术文化提供了借鉴。
有限元法的研究
国际上对车轮性能和结构的研究最初都只是采用经验类比的方法，然后按材料力学公式进行结构强度校核。随着测试技术的发展，人们逐渐开始使用应变电测技术、脆漆法对车轮进行试验。除此之外人们还采用了疲劳试验、道路试验、应力测试方法对车轮进行测试。虽然这些方法均真实可靠，但是只能对已生产出来的的车轮结构进行研究分析，而且得不到车轮整体应力分布规律，无法对结构进行深入细致的研究，因此不能实现在设计阶段就对车轮结构性能进行预测，不能解决车轮设计中遇到的问题
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二十世纪七十年代开始，有限元法的出现为机械零部件的结构强度研究提供了强有力的分析工具，特别是随着计算机水平的发展，CAD技术的广泛应用，以及有限元软件的出现使人们开始尝试用有限元方法研究车轮结构。
目前，国际上的许多车轮生产厂商、供应商，如Hayes Lemmerz International、Accuride corporation及American Eagle Wheel Corporation等，都已经广泛采用计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）软件如Pro/engineer\\UG等实现了产品的虚拟设计，并运用如:MAC、Ansys等计算机辅助工程软件进行强度校核、
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