汽车车轮作为汽车整车系统的关键零部件之一,汽车在运行时车轮受到多种载荷的作用,容易发生疲劳破坏。车轮的疲劳性能在汽车的行驶安全方面发挥着极其重要的作用。故汽车车轮的疲劳性能成为评价整车性能的重要方面。本课题研究了钢车轮新的设计方法,并结合车轮疲劳性能分析对新设计车轮的结构和可靠性进行验证,对提高车轮疲劳寿命具有一定的指导意义。本课题源自河北省自然科学基金项目和某车轮公司某汽车钢车轮研发项目。本文通过仿真与试验相结合的方法完成对钢车轮的设计,并对新产品进行疲劳性能有限元分析和试验分析,研究车轮型号为:16×6J。本文主要研究内容如下:(1)汽车钢车轮的逆向建模研究。基于CT扫描的钢车轮模型,研究针对车轮空间含孔曲面的三角网格分片拟合曲面算法,并完成钢车轮的逆向建模,通过建模精度分析,该建模标准偏差为0.012mm,表明该算法对模型重建有较高的精度。(2)钢车轮特征孔修补和结构设计研究。基于完成建模的汽车钢车轮,研究改进的波前法孔洞修补算法,完成其特征孔的修补和优化,结果显示特征孔洞区域的修补与原有模型实现了光滑过渡。完成钢车轮的结构轻量化设计,得到4.5%的减轻率。此外为确保轻量化后的车轮符合实际使用要求,将进行车轮的疲劳性能分析。(3)汽车钢车轮新产品的力学性能数值分析。对汽车钢车轮所用材料进行拉伸性能和疲劳性能分析,得到材料的力学性能和S-N曲线;利用Abaqus构建汽车钢车轮弯曲疲劳有限元模型,计算得到钢车轮轮辐的应力、变形和疲劳寿命分布云图。其中重点探究弯曲载荷下,螺栓预紧力对车轮轮辐应力分布的影响。利用Hypermesh构建汽车钢车轮径向疲劳有限元模型,分析得到钢车轮轮辋的应力、变形和疲劳寿命云图。(4)汽车钢车轮新产品的疲劳试验性能分析。通过新车轮弯曲疲劳性能试验和径向性能疲劳试验,得到新车轮的失效位置和循环次数,其结果与力学性能数值分析结果相比,车轮失效位置与力学性能数值分析中应力较大部位一致,试验循环次数与疲劳预测寿命相近,并且满足疲劳寿命的设计要求,验证了新钢车轮的可靠性。