1、j 刪0 f s 峨t i l 橛蛾縟度 2 0 0 2 ，2 4 ( 1 ) ：0 6 6 0 6 9 汽車車輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、 s l r r u c r i 】r es t r e n g r l l ha n a i y s l so fa u t o m o t i 、砸w i m e l s 王霄鋒“ 王波趙震偉管迪華 ( 清華大學(xué)汽車工程系，汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。北京1 0 0 0 8 4 ) w a n gx b o f e n gw a n gb oz h a oz h e n w e ig u a nd i h u a ( a 弘咖即眥0 ，一啪n 刎沁凸卿，咖，5

2、m 研k 6 鯽咖v 礦a 晡礬甜沁s 嗎細(xì)r 口砌 均c o n 刪如n ，乃啦咖眥婦倦酊，b b 撕1 0 0 d 8 4 ，c ?？? 摘要針對(duì)車輪動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)建立了兩種轎車車輪的靜態(tài)線性有限元模型，它們可以有效地用來(lái)確定車輪結(jié) 構(gòu)的危險(xiǎn)點(diǎn)，即結(jié)構(gòu)中計(jì)算應(yīng)力( v o nm i s e s 應(yīng)力) 比較大的點(diǎn)。結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)的計(jì)算應(yīng)力反映該處的應(yīng)力集中程度。對(duì)車 輪結(jié)構(gòu)上計(jì)算應(yīng)力較大的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析，驗(yàn)證有限元分析結(jié)果。對(duì)結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析，有助于預(yù) 測(cè)車輪疲勞裂紋的發(fā)生方向和引起疲勞損傷的主要應(yīng)力循環(huán)，在所研究的車輪結(jié)構(gòu)中也就是沿著車輪徑向的正應(yīng)力變 程。分析還表明，在

3、動(dòng)態(tài)彎瞌疲勞試驗(yàn)中，車輪結(jié)構(gòu)各點(diǎn)所承受的可能是非對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)。 美t 詞汽車車輪有限元分析疲勞應(yīng)力集中 中圈分類號(hào)u 4 6 3 3 lu 4 6 33 4i 晰l9 9廠 a h h - dt k 血i “ed 瞰七呲眥山k0 ft w oc 盯w h e e b0 fd i 盔刪如i 舭a 托c m 鯽c l e db 日s e d 吐皓w h e dd ，倆cc 餌r 唧i 嵋 f 擊g 呻t 髓t t i l et 腫d e l s 啪b eu s e dt 0e f 睡“v d yd d 蝴n 面et i - ec 6 廿c a lp 0 i i 】t si i it i i ew

4、l 髓is 呻c h 腮，t 腳i s ，t i - ep o i n b0 nw k 曲吐” c 出d l l a t e d 曲r 嘴s 惜( v o nm i s e ss m ：s s 髓) a 陀l a l 寥a n dt h ec 甜c i d 甜e d 蛐幛b e sw i t ht | em o d e l 耐l e c tl h es l r e 軸?？ e n 恤1 0 傭t i l e c d c mp o i i 吐s t 1 ea m l y 萄s 臘u l ba 陀p m v e db ym a k i 唱。印麗眥n “s 珊sa r l a l v s i s

5、帥t | e 咖j c n l r ec d 6 c dp d 鵬1 l ”s h 幡s 自a t e s 加 d 坼s h v c m 他c 6 c dp o i n ba r ea i l a l y z e d ，w | i i c hi s | l e l p f ui np r 出c 6 i l gl l l e 擊r 憂6 0 nt h e 螄g u ec r a f 盤i t l i 6 a t 鎬a n dl i em 旬0 r 。v c u cl o a d s n 矗培世柚g 眥d a i n 8 鏟t h er 呻j o r 。y c l j c1 0 a d sa 腫f

6、 o u n dt ob e 詐n m m a ls e r e 聃r a l l 拇i n 山e 砌 l ld i 咖6 冊(cè)( 】ft 1 1 ew h e e ls 吣d i f ! d t i - e 刪y 畫sa l s 0s l l o w st i m t 陀。y c h cl d sc a 商n gt l e 陸i g l l 。d 丑“鏟dt hw 珊is b w 柵r r “yb ea s y l l m 剛c a li nt h ew h dd y r l 蛐赴 伽n e d l 唱b 自哪t 耐 1 “亨確o r 出a 刪婦嘣k ；w l - e d ；f 齜d 嘲t 塒

7、陰l y 豳；i h d l - 蠢；s h t 黛d n 隗岫岫 ( 抽掣由“：仟j h ) 加w b m 耐：徹酌o m d “機(jī)咖媳幽擾n ：+ 8 6 - 1 0 6 2 7 8 2 9 4 9 m 卸i l s c r i p tt 骶i v e d2 0 c 0 0 9 2 5 ，n 把v i s e df 0 曲2 0 0 0 l l l 3 l 引言 2 車輪結(jié)構(gòu)的有限元建模 車輪是汽車的重要部件，汽車與地面之間的所有 相互作用力和力矩( 例如驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、側(cè)向力、垂直 力、回正力矩等) 都通過(guò)車輪傳遞，所以車輪對(duì)汽車的 多種性能有重要影響，特別是安全性和可靠性。除此 之外，

8、車輪還是汽車外觀的重要組成部分。普通意義上 的車輪包括橡膠輪胎和金屬輪輞一輪輻總成兩大部分。 下面所提到的和研究的車輪只是其中的金屬輪輞一輪 輻總成。車輪的技術(shù)發(fā)展方向是在保證足夠強(qiáng)度和可 靠性的前提下，盡可能減輕其質(zhì)量和美化其外觀。某車 輪制造廠生產(chǎn)鋼制車輪，為改善其外觀，對(duì)原有產(chǎn)品的 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改變，圖1 示出新、老結(jié)構(gòu)車輪的示意圖，它 們都是用鋼板沖壓、焊接而成的轎車車輪。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 新結(jié)構(gòu)車輪達(dá)不到動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。本文正 是針對(duì)該新結(jié)構(gòu)車輪的結(jié)構(gòu)改進(jìn)問(wèn)題進(jìn)行研究的。 車輪動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)是國(guó)際上通行的、標(biāo)準(zhǔn)的 試驗(yàn)方法，也被我國(guó)作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)( 中華人民共和國(guó)國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)g b ，

9、t5 3 3 4 一1 9 9 5 ，轎車鋼制車輪性能要求和試 驗(yàn)方法) 采用，用于檢驗(yàn)車輪產(chǎn)品的耐久性與可靠性。 為了能夠快速、有效、低成本地實(shí)現(xiàn)車輪結(jié)構(gòu)的改 進(jìn)，提高車輪疲勞壽命，國(guó)內(nèi)、外一般都采用有限元分 析方法來(lái)指導(dǎo)車輪結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程，針對(duì)動(dòng)態(tài)彎 曲疲勞試驗(yàn)建立車輪的有限元模型“。1 。 由于車輪的幾何形狀復(fù)雜，作者認(rèn)為，其中的應(yīng)力 集中導(dǎo)致局部高應(yīng)力區(qū)可能是使車輪發(fā)生疲勞損壞的 主要原因，可以采用改進(jìn)結(jié)構(gòu)局部幾何形狀的方法來(lái) 提高車輪疲勞壽命。所以，本文的研究方法是根據(jù)車 輪動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)中的加載和約束邊界條件建立車 輪的靜態(tài)線性有限元模型，以快速發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的高應(yīng) * 加嘣收到

10、初稿，姍l l l 3 收到修改稿。 h 王霄鋒，男，1 9 年1 月生河北省深澤縣人，漢族。清華大學(xué)汽車工程系副教授，博士。研究方向?yàn)槠噺B其零部件的疲勞和可靠性試驗(yàn)與 分析、統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。 l5il。f謄*ltk4n 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 第“卷第l 期下霄鋒等：汽車車輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 老結(jié)構(gòu)車輪( 研1 0 f0 l d 自1 1 1 l c n 酣)新結(jié)構(gòu)車輪( 珊玳l0 f n e wm n l 山井 n 口、c 、d 、f 、，g 是為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析而牯貼的戊變花 4 口c d ，e f ca r e 妊n 黼l l 帕f o r 唧刪mn t e 聃a 1 1 a l

11、 p l s 圖l 新、老結(jié)構(gòu)車輪 f k1s m ”呻d i d da n d 刪w h 托i s 力區(qū)為進(jìn)行局部幾何形狀改進(jìn)，降低這些區(qū)域的應(yīng)力 集中，提高疲勞壽命創(chuàng)造條件。 應(yīng)用有限元分析軟件包a 如r 分別建立新、老結(jié)構(gòu) 車輪的有限元模型。由于新、老結(jié)構(gòu)車輪都是用鋼板 沖壓、焊接而成，且鋼板較薄厚度為2 6 5n m 至 4 6 0t 一，所以建模采用板殼單元。材料彈性模量取 為2 0 7 xl 艫m p a ，泊松比取為0 3 。 圖2 示出老結(jié)構(gòu)車輪的有限元模型，其中對(duì)輪輞 兩側(cè)板殼單元的所有結(jié)點(diǎn)的6 個(gè)自由度都加以約束； 建立加載軸的有限元模型，加載軸的長(zhǎng)度為o5 7m ， 在其

12、末端施加載荷( 44 2 0n 的力平均分配，施加在軸 末端的各個(gè)結(jié)點(diǎn)上) ，以盡可能逼真地模擬實(shí)際試驗(yàn)中 的情況= 鑒于在動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)中疲勞裂紋都出現(xiàn) 在幾何形狀復(fù)雜的輪輻部分所以該處單元?jiǎng)澐州^細(xì)， 其他部分劃分較粗，特別是加載軸的單元?jiǎng)澐指郑?為對(duì)其應(yīng)力分布不感興趣，只是利用其施加載荷。在 建模中盡可能利用精度較好的四邊形板殼單元，只是 在一些不太重要的粗、細(xì)單元過(guò)渡處利用三角形單元， 新結(jié)構(gòu)車輪的有限元建模 方法與此類似 3 車輪結(jié)構(gòu)有限元模型 計(jì)算結(jié)果及其分析 出于車輪兒何形狀復(fù) 雜，在試驗(yàn)載荷作i l f j 下結(jié)構(gòu) 處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，所以用 v o nm i s e s 應(yīng)

13、力作為汁算應(yīng) 力。圖l 示出有限元分析 確定的最大虛力點(diǎn)，其中老 結(jié)構(gòu)車輪的最大應(yīng)力點(diǎn)在 輪輻上的4 點(diǎn)附近，最大 汁算應(yīng)力值為3 3 5m p a ；新 結(jié)構(gòu)車輪的最大應(yīng)力點(diǎn)g 也在輪輻上，最大計(jì)算應(yīng)力 值為5 5 0m p a ：所用輪輻 材料的強(qiáng)度極限“一4 5 0m p a ，屈服極限口。一3 4 0 m p a ，即使考慮到在輪輻成型過(guò)程中由于冷作硬化會(huì) 使材料的屈服極限a 、有所提高，但也不會(huì)超過(guò)強(qiáng)度極 限d 。4 5 0m p a 。所以，新結(jié)構(gòu)車輪中的最大計(jì)算應(yīng)力 5 5 0m p a 是非真實(shí)的，它是在線性假設(shè)條件下計(jì)算出 來(lái)的，只取決于結(jié)構(gòu)幾何形狀和所取的、以為不變的材 料

14、彈性模量，而材料性能實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入非線性區(qū)域。 這個(gè)計(jì)算應(yīng)力實(shí)際上反映該處的理論應(yīng)力集中系數(shù)較 大，該處可能是疲勞裂紋首先出現(xiàn)的區(qū)域在實(shí)際進(jìn) 行的動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)中，無(wú)論是老結(jié)構(gòu)的車輪還是 新結(jié)構(gòu)的車輪，上述最大計(jì)算應(yīng)力點(diǎn)正是最經(jīng)常發(fā)生 疲勞裂紋的區(qū)域。這表明，利用上述靜態(tài)線性有限元 分析方法確定疲勞裂紋易發(fā)區(qū)域是有效的而且，新 結(jié)構(gòu)車輪的最大計(jì)算應(yīng)力明顯高于老結(jié)構(gòu)車輪，其疲 勞壽命也明顯低于老結(jié)構(gòu)車輪，不及老結(jié)構(gòu)車輪壽命 的四分之一。這也表明，通過(guò)局部幾何形狀修改，降低 上述危險(xiǎn)點(diǎn)的最大計(jì)算應(yīng)力，也就是緩和應(yīng)力集中，是 提高疲勞壽命的有效途徑。對(duì)經(jīng)過(guò)上述修改的車輪結(jié) 構(gòu)建立類似的有限元模型，

15、可以通過(guò)觀察結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn) 上最大計(jì)算應(yīng)力降低的程度來(lái)檢驗(yàn)所做結(jié)構(gòu)修改的有 效性。 4 車輪結(jié)構(gòu)的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析 為了檢驗(yàn)有限元分析結(jié)果的正確性和分析車輪結(jié) 構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)行了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析。裝夾、加載 方式與工廠所采用的動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)相同，只 是在試驗(yàn)中車輪不旋轉(zhuǎn)。由于車輪結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜在 試驗(yàn)載荷作用下結(jié)構(gòu)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)所妣采用4 5 。 角應(yīng)變花測(cè)量結(jié)構(gòu)應(yīng)力。圖l 示出在老結(jié)構(gòu)車輪上粘 貼各個(gè)應(yīng)變花的位置，它們是有限元分析給出的計(jì)算 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 機(jī) 械 強(qiáng) 度2 ( x 】2 年 應(yīng)力較大的點(diǎn)。在車輪正面共貼有a 、b 、c 、 d 、e 五個(gè)應(yīng)變花，其中a 點(diǎn)最靠近最大計(jì)算 應(yīng)力

16、點(diǎn)；在與曰點(diǎn)相對(duì)的鋼板背面貼有應(yīng)變 花，。圖3 示出各個(gè)應(yīng)變花中三個(gè)應(yīng)變計(jì)的 布置，其中2 號(hào)應(yīng)變計(jì)方向沿著圓周切線方 向，也就是x 軸方向，l ，軸方向總是沿從車輪 中心向外；l 號(hào)應(yīng)變計(jì)方向與x 軸方向成 + 4 5 0 角；3 號(hào)應(yīng)變計(jì)方向與x 軸方向成一4 5 0 角。 測(cè)量各個(gè)應(yīng)變花信號(hào)的方法：首先轉(zhuǎn)動(dòng)車 輪使某個(gè)應(yīng)變花處于最低位置( 下方向) ，測(cè)量 、， 、 ， if 應(yīng)變花 、c 、，的情況應(yīng)變花口d 、的情況日角喪幣主應(yīng)力的方位 ( 抽e0 fr o s 州幅 ，c ，c a 虻0 f 咖e | i e s 日，d ，e目1 5 t | i ep 叫* l p a l 蚰西e

17、 腫是車輪中心 i s 小ec 自m0 f 幽ew i _ d 圖3 應(yīng)變花中各個(gè)應(yīng)變計(jì)的方向 f i b3 嘶6 mo fe 訕“和i l 鏟0 f 出e 曲血t e 仕e 其信號(hào)；然后將車輪沿順時(shí)針?lè)较蛞来涡D(zhuǎn)9 0 。、1 8 0 。 和前0 。，分別測(cè)量該應(yīng)變計(jì)在這些位置( 左方向、上方 向和右方向) 時(shí)的信號(hào)。為改善測(cè)量準(zhǔn)確度，各個(gè)應(yīng)變 花在每個(gè)位置都重復(fù)測(cè)量?jī)纱涡盘?hào)，取其平均值作為 測(cè)量值。表l 示出各個(gè)應(yīng)變花的測(cè)量值和利用其計(jì)算 出的v 一 i i 一應(yīng)力。計(jì)算公式如下 e，、 。l 22 玎而l 8 l + 83j2 瓦魯弋以i i f 幣哥( 1 ) 面了而l 5 ，一8 z

18、 j + 6 ，一8 ：j 廠了一 d 、= 專 d l2 + 2 + ( d i 一口2 ) 2 ( 2 ) 2 南 ( 1 一戶) e ：+ 產(chǎn)( - 伯) ( 3 ) d l = 一( 1 一戶) 2 + ( | + 3 ) ( 4 ) i 一“ 啊2 一南( e ，一e ，) ( 5 ) t a i l ( 2 日) = 一2 鋤( 卟一唧) ( 6 ) 其中e 。是1 號(hào)應(yīng)變計(jì)的測(cè)量值，：是2 號(hào)應(yīng)變計(jì)的測(cè) 量值，e ，是3 號(hào)應(yīng)變計(jì)的測(cè)量值，a 。是v 衄m i s e s 應(yīng)力， 彈性模量e = 2 0 7 1 驢 吼，泊松比口= 0 3 。 表2 示出有限元計(jì)算v o nm i

19、 s e s 應(yīng)力相對(duì)于測(cè)量 值( 如表1 所示) 的相對(duì)誤差。從表2 所示的計(jì)算應(yīng)力 相對(duì)誤差項(xiàng)可以看出，對(duì)于應(yīng)力絕對(duì)值較大的4 、b 兩 個(gè)測(cè)點(diǎn)，相對(duì)誤差都在1 5 以內(nèi)，特別是對(duì)應(yīng)力水平 最高的上、下方向兩個(gè)位置，相對(duì)誤差不到l o ，這表 明所建立的有限元模型可以比較準(zhǔn)確地求出結(jié)構(gòu)危險(xiǎn) 點(diǎn)的應(yīng)力值，比較可靠地確定結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)的位置。對(duì) 于比較靠近車輪中心的c 點(diǎn)，相對(duì)誤差較大這可能 與其應(yīng)力絕對(duì)值較小有關(guān)。另外，如表l 所示，對(duì)于徑 向位置相近的b 、d 、e 三點(diǎn)，在應(yīng)力水平最高的上、下 方向兩個(gè)位置時(shí)，它們之間的測(cè)量值差別不大；而在應(yīng) 力水平較低的左、右方向兩個(gè)位置時(shí)，它們之間的測(cè)量

20、 值差別較大。所以，一般當(dāng)應(yīng)變花處于左、右方向位置 時(shí)相對(duì)誤差較大，其原因可能是其應(yīng)力絕對(duì)值較小，并 且對(duì)試驗(yàn)時(shí)車輪放置的角位置誤差較敏感。實(shí)際上， 在所作的試驗(yàn)中確實(shí)不能比較準(zhǔn)確地確定車輪的角位 置，這是一個(gè)試驗(yàn)誤差來(lái)源。 從表1 可以看出，對(duì)于口、f 兩個(gè)應(yīng)變花( 口貼在 車輪鋼板的外表面，貼在與b 相對(duì)的內(nèi)表面) ，在應(yīng) 力水平最高的上、下兩個(gè)位置時(shí)，f 點(diǎn)的測(cè)量應(yīng)力都比 b 點(diǎn)的相應(yīng)測(cè)量應(yīng)力大。這表明，在試驗(yàn)中車輪內(nèi)表 面材料的應(yīng)力大于外表面，疲勞裂紋將首先在車輪內(nèi) 表面出現(xiàn)。這與試驗(yàn)結(jié)果是吻合的，在動(dòng)態(tài)彎曲疲勞 試驗(yàn)中疲勞裂紋確實(shí)首先在車輪內(nèi)表面出現(xiàn)。 從表l 和表2 還可以看出，對(duì)

21、于各個(gè)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)它們 處于下方向和上方向位置時(shí)，其應(yīng)力水平最高。同時(shí)， 對(duì)于各個(gè)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)它們處于上方向位置時(shí)其測(cè)量應(yīng)力 以及計(jì)算應(yīng)力水平都明顯比處于下方向位置時(shí)高。這 表明在動(dòng)態(tài)彎睦疲勞試驗(yàn)中，車輪結(jié)構(gòu)中各點(diǎn)所承受 的是非對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)。 寰l 備十應(yīng)變花的測(cè)量值，、2 、q ( 膽i 和利用它們計(jì)算出的瑚晦蝴應(yīng)力一，( 她l t 曲1t k m 鼬咖“n 妯矗e l 、e 2 、3 ( 燁) 0 f 鼬m 0 啪e 刪血e 伽m 印咀曲嚕咖m 蕾岫d ，f m p a ) 醚長(zhǎng) 7 l，tfitrirtefr# ； 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 第2 4 卷第l 期 王霄鋒等：汽車車輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 裹3 隨著車輪轉(zhuǎn)

22、動(dòng)當(dāng) 、點(diǎn)分別處于下方向、左方向、上方向和右方向位置肘的應(yīng)力狀態(tài) ( d ，、西是主應(yīng)力；口j 、口，是正應(yīng)力r 是切應(yīng)力。口角衰示主應(yīng)力的方位) t 曲31 h e 蝴蜘0 f 腳 枷f 岫曲制蝴岫岬珊h 峨蛔盯。m 啊。砌蛐腳船恤抽i 蛐 ( 山、d ：_ p 而畦如對(duì)哩日，瞄；d v 、d l 一1 1 0 刊蛐f n 如r 曲嗍a 加即h t 啊- 呼e0 f p 呻l 劬r 懈黛r 懈t 咄：m p h ；柚出l 礎(chǔ)：【疆 5 車輪結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)分析6 結(jié)論 為了初步研究車輪在動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)中所承受 的應(yīng)力循環(huán)情況和疲勞破壞的機(jī)理，應(yīng)用測(cè)量應(yīng)力數(shù) 據(jù)對(duì)老結(jié)構(gòu)車輪上應(yīng)力水平比較高的a

23、、，點(diǎn)的應(yīng)力 狀態(tài)進(jìn)行分析，即確定隨著車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)a 、f 點(diǎn)分別 處于下方向、左方向、上方向和右方向位置時(shí)的應(yīng)力狀 態(tài)：分析應(yīng)用的公式為式( 1 ) 至式( 6 ) ，坐標(biāo)系如圖3 所示表3 示出分析結(jié)果。 從表3 可以看出，當(dāng)a 、f 處于應(yīng)力水平最高的下 方向、e 方向位置時(shí)主應(yīng)力方向與正應(yīng)力一。、o ，之間 的夾角口較小( 不超過(guò)6 5 。) ，并且主應(yīng)力d ，、啦與正 應(yīng)力一。、一，在數(shù)值上相當(dāng)接近。所以，可以相當(dāng)好地 近似認(rèn)為正應(yīng)力一。、一，就是主應(yīng)力，而且它們的極性 保持相同，分別處于雙向壓縮和雙向拉伸應(yīng)力狀態(tài)。 還可以看出，當(dāng)a 、f 點(diǎn)從下方向轉(zhuǎn)動(dòng)到上方向位置 時(shí)，y 方向的

24、應(yīng)力變程較大，分別為( 3 5 3 1 + 2 6 5 5 ) = 6 1 8 6 ( a 點(diǎn)) 和( 3 2 8 7 + 2 4 6 9 ) = 5 7 5 6 ( f 點(diǎn)) ；x 方向 的應(yīng)力變程較小，分別為( 2 9 5 7 + 2 2 8 9 ) = 5 2 4 6 ( a 點(diǎn)) 和( 9 0 9 + 7 4 3 ) = 1 6 5 ，2 ( f 點(diǎn)) 。這表明，在動(dòng)態(tài) 彎曲疲勞試驗(yàn)中，車輪結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)在y 方向，也就是 沿著車輪徑向方向，所受到的疲勞損傷最大。這與試 驗(yàn)結(jié)果是吻合的，在動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)中車輪多在a 點(diǎn)附近發(fā)生沿著圓周方向的裂紋。所以，上述車輪結(jié) 旬應(yīng)力狀態(tài)分析有助于預(yù)測(cè)

25、車輪疲勞裂紋的發(fā)生方向 和引起疲勞損傷的主要應(yīng)力循環(huán)，在本問(wèn)題中也就是 沿著車輪徑向的正應(yīng)力變程。但是，上述應(yīng)力變程是 在靜態(tài)加載情況下得到的，在數(shù)值上可能與在動(dòng)態(tài)彎 曲疲勞試驗(yàn)中的有一定差別。 1 ) 針對(duì)動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)所建立的車輪靜態(tài)線性 有限元模型，可以有效地用來(lái)確定車輪結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)點(diǎn)， 即結(jié)構(gòu)中計(jì)算應(yīng)力( v o nm i s e s 應(yīng)力) 比較大的點(diǎn)：結(jié)構(gòu) 危險(xiǎn)點(diǎn)的計(jì)算應(yīng)力反映該處的應(yīng)力集中程度。這為采 用局部幾何形狀修改，降低危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力集中，提高疲 勞壽命提供了依據(jù)。對(duì)經(jīng)過(guò)上述修改的車輪結(jié)構(gòu)建立 類似的有限元模型，可以通過(guò)觀察結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)上最大 計(jì)算應(yīng)力降低的程度來(lái)檢驗(yàn)所做結(jié)構(gòu)修改的有效性。 2 ) 對(duì)車輪結(jié)構(gòu)上計(jì)算應(yīng)力較大的測(cè)點(diǎn)所進(jìn)行的實(shí) 測(cè)應(yīng)力分析表明，當(dāng)它們處于上方向和下方向位置時(shí) 應(yīng)力水平最高，并且與有限元計(jì)算值比較接