随着汽车制造技术的不断发展,国内汽车的保有量急剧增长。汽车保有量的增加虽然意味着人们的生活水平得到了改善,但是也带来了许多环境和能源等问题。汽车轮毂作为汽车上的重要部件,在满足车辆对轮毂性能基本要求的前提下,制造轮毂的材料消耗最小不仅能够降低能源消耗,减小环境污染,还能显著提升车辆的操控性能,对此,本文对汽车轮毂的结构分析和轻量化设计展开研究。首先,按照GB/T3487-2005对汽车轮辋的规定和相关行业规范,利用SolidWorks建立15×61/2J轮毂物理模型,通过对直辐无掏料轮毂模型进行形状拓扑优化分析,确定了既能够承受较大载荷,又能满足轻量化设计要求的曲辐有掏料的轮毂进行分析。其次,基于疲劳累积损伤理论,建立轮毂的疲劳寿命数学模型,利用ANSYS Workbench与CAD建模软件的无缝集成,对汽车轮毂进行了弯曲疲劳、径向疲劳以及冲击仿真试验的有限元分析,最终结果表明了弯曲工况对轮辐和与之相连接的轮辋边缘影响最大,径向工况对轮辋的影响最大,冲击工况对轮毂轮缘和轮辐有掏料的位置处破坏最大,但三种工况下的应力值都小于铝合金材料的屈服强度,满足了正常工况下的使用要求。再次,通过对轮毂的有无约束进行约束模态分析和自由模态分析,得到了轮毂的模态频率和模态振型图,最终对模态分析结果进行分析评价,结果显示,汽车在行驶过程中受到的路面激励、车轮不平衡激励以及传动轴激励的激励源频率值都远小于自由模态和约束模态下的频率值,符合设计要求。然后,根据有限元静力学分析结果和模态分析结果,对铝合金轮毂进行了镁合金和碳纤维复合材料替换,对其进行强度校核,结果显示,镁合金轮毂和碳纤维轮毂符合设计要求;对铝合金轮毂进行结构优化,以轮辋的厚度、轮辐的厚度以及安装盘的厚度为主要设计变量进行了尺寸优化,优化结果显示轮辋的厚度较优化前降低了 4.26%,轮辐的厚度较优化前降低了 30.08%,安装盘的厚度较优化前降低了 24.67%;对优化后的轮毂进行了强度校核,结果显示优化后三种轮毂的应力应变较优化前有所增大,但仍然满足设计要求。最终优化后的铝合金轮毂单个轮毂减重了 2.13kg,镁合金轮毂单个轮毂减重了 1.31kg,碳纤维轮毂单个轮毂减重了 1.26kg,通过对三种轮毂进行比较发现,铝合金轮毂更能兼顾轻量化要求和成本要求。最后,基于A356铝合金轮毂结构设计和轻量化优化的结果,通过对轻量化铝合金轮毂的铸造成型仿真,进一步明确了所设计的轻量化铝合金轮毂的工艺可行性和有限元仿真的准确性,从而为轻量化铝合金轮毂的低压铸造成型奠定了基础。