鋁合金車輪疲勞壽命的預測

試驗檢測

鋁合金車輪疲勞壽命的預測

實現汽車輕量化有助于改善汽車燃油經濟性，如車輪的輕量化。對車輪實現輕量化還能夠減輕簧下質量，提高汽車的乘坐舒適性。對車輪的輕量化可通過采用鋁合金材料實現。鋁合金車輪在應用前需要保證其具有足夠的安全性，80%以上的車輪破壞是由于疲勞破壞引起的，因而疲勞特性成為了車輪安全性能中最關鍵的指標。若能在鋁合金車輪的設計階段對其疲勞壽命進行預測，則可以降低鋁合金車輪的開發風險，縮短開發周期。給出一種預測鋁合金車輪疲勞壽命的方法，并將該方法的預測結果與真實試驗的測試結果對比。

選擇A356-T6鋁合金鑄造車輪作為預測對象。首先，從鋁合金車輪3個不同位置提取了直徑為6mm的圓柱形試樣，進行材料特性的確定。根據美國材料協會（ASTM）和國際標準化組織（ISO）制定的測試規范，對取出的試樣進行可控應變的扭轉測試和可控加載的疲勞測試，得到材料的應力應變曲線，并通過旋轉疲勞試驗臺測量鋁合金車輪的疲勞壽命。之后，在有限元軟件中建立鋁合金車輪的有限元模型，模型中的材料屬性根據之前圓柱形試樣的測試結果設定，單元類型則選擇10節點的四面體單元。確定有限元模型的邊界條件和負荷時，車輪輪輞部分與之前試驗臺夾具接觸的所有節點。既設置位移約束又設置螺栓壓緊力約束，并在其上施加一個旋轉彎矩。進行有限元計算時，分別采用正弦疲勞準則和臨界平面準則計算鋁合金車輪的疲勞壽命。最后，將試驗測量結果與有限元分析結果對比，顯示兩種準則下預測出的疲勞壽命值均低于試驗測量結果，最大誤差低于10%。這種誤差可能是由對圓柱形試樣進行材料特性確定時的誤差引起的。

FedericoBalloetal.SAE 2016-01-1575.

編譯：陳丁躍