[发明专利]一种机械弹性车轮径向疲劳寿命评价及预测方法

说明书

本发明公开了一种机械弹性车轮径向疲劳寿命评价及预测方法，首先建立机械弹性车轮的有限元模型；然后对所述机械弹性车轮的有限元模型进行转鼓试验，模拟加载仿真；接着对所述转鼓试验模拟加载仿真结果进行疲劳耐久性仿真，获取机械弹性车轮各节点单元在转鼓试验中不发生破坏时的最大循环次数；最后计算机械弹性车轮的里程寿命；本发明提供的径向疲劳寿命评价及预测方法，将转鼓径向疲劳寿命试验与有限元方法、疲劳寿命计算方法结合起来，不仅能实现对机械弹性车轮径向疲劳寿命的有效评价与预测，而且具有十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及轮胎性能评价技术领域，主要涉及一种机械弹性车轮径向疲劳寿命评价及预测方法。

背景技术

目前车轮的疲劳评价主要有车轮弯曲疲劳台架试验、车轮径向疲劳台架试验、车轮双轴疲劳台架试验。这些疲劳评价是在相应的专业疲劳试验机上，运行时间需要几天至几星期，评价周期长，成本高。为解决车轮实际疲劳评价体系存在的上述问题，本发明专利采取虚拟评价的方法对机械弹性车轮的径向疲劳寿命进行研究，可以缩短产品开发周期和降低开发成本。

国内外目前对车轮寿命的虚拟评价主要还是针对充气车轮，J.Steams等用有限元法模拟铝合金车轮的径向疲劳试验，并考虑了轮胎及气压的影响，建立起有效的力学模型，得到车轮的应力应变分布。韦东来等将动态接触转化成节点可相对移动的缓冲过渡层，提出径向疲劳模型中轮胎与轮辋接触问题的解决方法，并进行了铝合金车轮径向疲劳试验的数值仿真。针对非充气车轮疲劳寿命的虚拟评价研究较少，因此，本发明专利提供的非充气机械弹性车轮的径向疲劳寿命虚拟评价方法具有十分重要的现实意义。

发明内容

发明目的：本发明针对目前现有技术中针对非充气车轮疲劳寿命的虚拟评价研究较少的问题，提供一种机械弹性车轮径向疲劳寿命评价及预测方法，将转鼓径向疲劳寿命试验与有限元方法、疲劳寿命计算方法结合起来，实现对机械弹性车轮径向疲劳寿命的有效评价与预测。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种机械弹性车轮径向疲劳寿命评价及预测方法，包括以下步骤：

步骤S1、建立机械弹性车轮的有限元模型；

对机械弹性车轮进行三维建模，获取三维几何模型；对所述三维几何模型进行网格划分，建立有限元模型；

步骤S2、对所述机械弹性车轮的有限元模型进行转鼓试验，模拟加载仿真；

对所述机械弹性车轮有限元模型进行分析计算，进行转鼓试验径向疲劳耐久性仿真；获取机械弹性车轮在转鼓模拟试验中转动一圈的应力云图，即所述机械弹性车轮有限元模型的单元应力结果；所述转鼓试验耐久性工况仿真的加载条件与所述车轮实际进行耐久性试验时的加载条件相同。

步骤S3、对所述转鼓试验模拟加载仿真结果进行疲劳耐久性仿真，获取机械弹性车轮各节点单元在转鼓试验中不发生破坏时的最大循环次数；

根据机械弹性车轮在转鼓试验中获取的应力云图进行疲劳计算，获取机械弹性车轮寿命云图，即得到机械弹性车轮的各节点单元在转鼓试验中不发生破坏时的最大循环次数，所述最大循环次数在寿命云图中以循环次数的对数值显示；

步骤S4、根据步骤S3所述最大循环次数，计算机械弹性车轮的里程寿命；

根据如下公式计算机械弹性车轮的里程寿命：

S＝2πrn_m

其中，S为轮式车辆非充气车轮总寿命，r为轮式车辆非充气车轮半径，n_m为轮式车辆非充气车轮转动圈数，即步骤S3中获取的最大循环次数。

进一步地，所述步骤S2中转鼓试验采用圆周均布加载法；具体地，