[发明专利]一种提高有限元分析中轮辋径向加载计算精度的方法

说明书

本发明公开了一种提高有限元分析中轮辋径向加载计算精度的方法，包括利用余弦分布载荷的合力与地面或者台架试验机传递给车轮的径向载荷相等，通过将压力分布角内的分布载荷进行积分，求出任意角度分布压力与车轮径向载荷的几何关系；利用反正切关系得到分布压力与车轮所处几何坐标的关系表达式；使用该表达式输入到有限元分析软件中进行求解，得到较为精确的车轮结构应力值或应变值。本发明所述方法通过比较正确的径向载荷施加方式提升了分析精度；缩短了计算推导及计算机分析时间，以反正切形式代替三角展开的推导形式，减少不必要的推导步骤，通过减少分析中载荷的定义及分析表达式的变量迭代次数减少了计算时间，加速有限元分析模型收敛。

技术领域

本发明涉及车轮有限元分析技术领域，特别是一种提高有限元分析中轮辋径向加载计算精度的方法。

背景技术

目前车轮有限元分析中，由于轮胎使用的材料复杂，分析中不易对轮胎模型进行模拟，为了获得较精确的车轮的分析结果，有必要将轮胎施加于车轮上的力进行等效处理。现有的使用有限元方法对轮毂应力分析计算有以下两种方法：

一、将分布载荷作处在的压力分布角均匀划分为16个区域，通过求解每个区域的力再对对应单个区域进行逐一加载分析，例如《汽车车轮轮辐疲劳裂纹位置预估》于2009年11月的《华侨大学学报》第30卷第6期；

二、通过将压力分布角内的分布载荷进行积分，求出任意角度分布压力与车轮径向载荷的几何关系，再对所得表达式使用三角公式展开，得到较为复杂的分布压力与几何坐标的关系表达式，再使用该表达式输入到有限元分析软件(Abaqus)中进行求解，例如长安汽车工程研究院总院发布的《ABAQUS在钢车轮径向疲劳仿真分析中应用》。

但是以上两种方法都存在一些缺陷，方法1中计算模型的精度低，因为将分布载荷的压力分布角均匀划分成16区域，根据近似值研究，圆心角小于0.17°才能获得小数点后两位的精度，并且80°的压力角只划分16个区域显然不符合加载精度要求，其次将16个载荷逐一加载也造成分析效率低下；方法2中将分布压力与车轮径向载荷的几何关系表达式使用三角公式展开，推导繁琐较浪费时间，并且使用三角公式展开之后的关系表达式进行分析将引起多次引用变量，使得计算机求解时间加长。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的提高有限元分析中轮辋径向加载计算精度的方法中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的问题在于如何解决现有的提高有限元分析中轮辋径向加载计算精度的方法精度不准，并且计算推导及计算机分析时间长。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种提高有限元分析中轮辋径向加载计算精度的方法，其包括，利用余弦分布载荷的合力与地面或者台架试验机传递给车轮的径向载荷相等，通过将压力分布角内的分布载荷进行积分，求出任意角度分布压力与车轮径向载荷的几何关系；利用反正切关系得到分布压力与车轮所处几何坐标的关系表达式；使用该表达式输入到有限元分析软件中进行求解，得到较为精确的车轮结构应力值或应变值。

作为本发明所述提高有限元分析中轮辋径向加载计算精度的方法的一种优选方案，其中：分部到各加载面上的压力可按如下公式计算：

式中：θ为各加载面上的压力W_r与最大载荷W₀之间的夹角，θ₀为压力分布角。

作为本发明所述提高有限元分析中轮辋径向加载计算精度的方法的一种优选方案，其中：余弦分布载荷的合力与地面或者台架试验机传递给车轮的径向载荷F_d相等，故有以下公式：