基于ANSYS的车桥轮毂轻量化设计.docx

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1、 2020届本科生毕业设计 分类号：TH122 题 目： 基于ANSYS的车桥轮毂轻量化设计 作 者 姓 名： 王陆阳 学 号： 2016086142 学 院： 机械与电子工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名： 刘从虎 梁芹 指导教师职称： 副教授 高级工程师 2020年5月摘 要随着科学技术的不断提升，硬件设备的不断完善，卡车作为不可替代的主要运输工具，对于其优化升级具有非凡的意义。作为卡车最主要的动力硬件装置之一的轮毂，是卡车承重最为重要的位置，承担较大的载荷。并且轮毂因为是卡车车桥上重要的零部件之一，在设计研究的过程中对其的刚度及承受能力有较大的要求，因此我们要用到有

2、限元分析进行产品制造前性能分析；对轮毂进行有限元分析时，在国际安全标准允许的情况下，通过减少轮毂自身质量和结构达到节约成本和减少不必要的功耗的目的；而且目前在轮毂的设计制造方面，其中部分是根据经验先制造后分析的模式，导致了轮毂报废率极高。利用有限元分析将传统模式改变为先分析后制造模式，大大提高了效率的同时也为轮毂制造方面提供了另一种思维模式。论文对安徽车桥厂自主研发生产的主要用于大型运输车的轮毂利用Workbench和proe进行优化分析；由于Workbench对proe系统是互通的；它不仅直接使用异构proe系统的模型，而且建立与proe系统灵活的双向参数互动关系，所以proe上完成的建模可

3、以直接用于有限元分析软件中；由于轮毂分析是由仿真软件ANSYS Workbench而实现的，所以可以查找到优化所需的数据，除了满足最大限度的轻量化外，还要做到满足其卡车性能；即实现优化前后受力分析、应力应变、疲劳寿命、安全系数等内部数据的对比，做到在国际标准下，轮毂依然具有可行性。通过有限元分析原轮毂质量为24.6kg，建模和有限元分析后轮毂质量为23.05kg，整体上质量约减少了1.55kg，约合总体积的6.3%；根据车桥厂市场报告显示，特种材料的单斤费用为20元，每个轮毂可减少62元左右，车桥厂全国每年销量车桥约2万套，若一套车桥轮毂减少62元，一年将减少124万（假设一套车桥只有一个轮毂

4、情况下）；在轻量化设计后，通过限元分析我们可以清晰看到优化前后发生的变化，即减少了轮毂筋板和螺栓数量，轮毂的质量降低，从而降低车辆的能源消耗。关键词：Proe；特种轮毂；有限元分析； 优化设计；成本；ABTRACTWith the continuous improvement of science and technology, the continuous improvement of hardware equipment, truck as an irreplaceable main means of transport, has special significance. As one

5、of the most important power hardware devices, the wheel hub is the most important position of the truck, which bears a large load. Because the hub is one of the important parts of the truck axle, there are great requirements for its stiffness and bearing capacity in the process of design and researc

6、h. Therefore, the finite element analysis of the hub is carried out to reduce the cost and unnecessary power consumption by reducing the quality and structure of the hub itself under the permission of international safety standards; and at present, the design of the hub In terms of manufacturing, th

7、e domestic and foreign methods are too traditional, most of which are based on the experience of manufacturing first and then analysis, resulting in a high rate of hub scrap. Using the finite element analysis to change the traditional mode into the mode of analysis before manufacturing, which greatl

8、y improves the efficiency and provides another thinking mode for the wheel hub manufacturing in China. In this paper, the hub developed and produced by Anhui axle works is mainly used for large transport vehicles, because the relationship between workbench and proe system is unusual. It not only dir

9、ectly uses the model of heterogeneous proe system, but also establishes a flexible two-way parameter interaction relationship with proe system. After using proe modeling, the feasibility of hub in production practice is ensured by ANSYS Workbench. the truck hub, as the most important part of the tru

10、ck, not only meets the truck performance, but also achieves the maximum lightweight; in order to achieve the lightweight, it still meets the reasonable, reliable and safe; it can not only analyze the shape, that is, it must carry out the stress analysis before and after optimization, stress-strain,

11、The comparison of internal data, such as fatigue life and safety factor, is still feasible without changing its internal data. Through the finite element analysis, the original hub mass is 24.6kg, after the modeling and finite element analysis, the hub mass is 23.05kg, and the overall mass is reduce

12、d by about 1.55kg, about 6.3% of the total volume; according to the market report, the single Jin cost of special materials is 20 yuan, each hub can be reduced by 62 yuan left and right, and the national annual sales volume of heavy trucks is about 1.2 million. If a vehicle is reduced by 62 yuan, th

13、e annual sales volume will be reduced by 74.4 million (a car has only one hub) and under the same load, the hub strength stress does not change significantly before and after optimization; at the same time, due to the reduction of the number of rib plates and bolts on the hub, the quality of the hub

14、 is reduced, so the energy consumption is greatly reduced.Keywords: Proe; Special hub; Finite element analysis; Optimal design; Cost;目 录1 绪论51.1中国汽车背景51.2轮毂传统制造流程与现代化设计方法简介61.3 汽车轮毂的研究现状72轮毂优化理论 82.1概述 82.2应力的基本概念及优化目的 82.3疲劳寿命定义及公式 82.4安全系数概念及总结 93建模和有限元优化分析103.1 轮毂介绍103.2 proe的概述和三维模型概念103.3 轮毂轻量化

15、位置113.4 ANSYS Workbench简介及使用113.4.1 Workbench基本步骤简介113.4.2 轮毂导入ANSYS113.4.3 网格划分步骤及其作用113.4.4 轮毂行驶状态及载荷位置133.4.5 分析优化设计前后变化143.4.6优化设计结论184模态分析和疲劳强度的证明194.1 优化前后模态分析194.1.1 模态分析思想概念194.1.2 分析步骤204.1.3 优化前后模态分析结论204.2 轻量化前后轮毂寿命计算和导入214.2.1 计算疲劳寿命214.2.2 轻量化设计疲劳分析导入224.2.3 结果处理和研究255结论26参考文献28致谢29宿州学院

16、本科毕业设计 轮毂结构有限元分析1 绪论1.1中国汽车背景2020，中汽协在北京召开新闻发布会，会上说明了2019年中国卡车销售情况。数据中显示，2019年，全国载运汽车产销量分别完成约389万辆和385万辆，销量相较2018下滑3.5%。报告中，重型卡车制造约119万，贩卖117.4万辆，销量相比2018上升约2.6%。这一数字同比2018年基本实现持平。中卡销量约为14万辆，同比2018下降3.8%。轻卡贩卖约为188万，相比2018下滑1.2%。微卡贩卖为65.3万，相比2018下滑1.2%。唯一实现增长，重卡售出117万辆成为载运汽车领域单单实现正增长的车型，而做出最大贡献的仍旧是主要

17、以公路载物的半挂牵引车，2019年销售56.5万辆，同比2018年增长16.9%在当今工业发展中，随着中国对于卡车排放标准的逐渐严格，卡车减排是必然趋势，从实施汽车国六，也可以看出对于卡车升级的重要性。轮毂优化设计是特种汽车设计生产环节不可或缺的一部分，随着国家对于环境治理的重视和基础设施的保护，卡车必须降低其重量，轻量化设计以优化汽车，在工业运输的领域必将是最重要的一环。本论文通过对轮毂的优化和分析，在不破坏安全标准的情况下，通过减少材料和结构达到节约成本和减少不必要的功耗。然而传统设计模式在现代生产中有着较大的弊端；目前基于轻量化优化设计环境有限元分析法比传统工艺有哪些区别：客户化：Wor

18、kbench可以根据客户的要求将所需的轮毂仿真出来，极大的提高生产效率；集成性：Workbench像是CAE中的一个十字路，只要是CAE公司1的产品都可以直接输入workbench得出结论；参数化：Workbench可以将CAD等模型直接参数化并使用，同时也可以将自己数据转换成参数传给CAD等软件；1.2轮毂传统制造流程与现代化设计方法简介轮毂的制造工艺为锻造。锻造又分为：重力锻造和低压锻造。重力锻造很简单，利用高温将合金融化倒入准备好的铸模内，成本是比其他要低；本文以汽车低压锻造为例；低压锻造金属内部应力小，疲劳强度好，安全指数高，可提供更多形状，是目前铝合金轮毂的第一选择，且制造的机械自动

19、化水平较高。材料一般为铝合金钢材。一般钢材都是很长绝对不能直接用来加工，需要通过切割将铝合金切割成所需棒材，并将棒材牢牢固定在切割台上。就这样坯料依次被切割成形状大小差不多的小棒材。锻造成型时，必须将材料进行加热，温度控制住980摄氏度左右。然后，将材料夹紧在工作台上，加紧完成后进行切割。出炉后进入下道工序锻造。利用高压，将加热的材料轮毂的粗胚压制成所需轮毂。进入结束阶段旋压，就是可以使得粗胚旋转，然后在工件施加所需的压力，工件会在受到压力变成模型的模样。旋压结束后，轮毂基本已经制作完成，然后进行检验。如图1示；但是传统的制造方法对于人力和物力成本极高并且产品报废率达到约为9.8%甚至更高；所

20、有在现代化的设计中通过有限元分析，在产品生产前进行应力分析，疲劳强度分析可以大大降低成本。利用现代化的设计方法则通过计算机辅助来完成轮毂的设计，具体过程如图2示：产品设计 外观确认旋压加热模具切割再切割高压锻造图1 传统设计模式图2 现代化设计方法1.3 轮毂的发展状况轮毂作为汽车上重要的零部件之一；由于汽车行驶状态不同静止，匀速，加速，变速所受到的轮毂应力均不同，故轮毂设计计算十分困难。当前厂商的两种制造模式：一是传统制造，根据客户要求，不断修改，报废率极高；二是优化有限元分析法，通过建模参数化。随着国家对于环保要求的不断提高，轻量化优化设计必须是汽车发展所面对的潮流。目前轻量化设计目前主要

21、有，范例2等人重通过正交实验表利用田口方法进行重卡驱动桥壳疲劳稳健性与轻量化设计；李王兵3优化分析在大型载货车车架轻量化中的实践；周青4等人模拟了如何在不破坏汽车结构与电池的碰撞安全性的轻优化设计。2019年，李兴昌5等人对轻型货车车架振动分析与优化，利用实验对车架进行有限元分析；2019年，马芳武6等人研究了在满足频率，强度，刚度约束前提下通过尺寸优化对大学生方程式赛车（FSC）赛车车体结构进行了有限元的轻量化的优化设计；2019年，张鹏7等人面向零件轻量化设计自适应动态Kriging的模型及其应用。2019年，周志强8对双轮摩托车车架结构有限元计算分析。在2019年，付磊9等人基于云模型的

22、某客车车架多工况轻量化研究。2018年，吕天佟10等人基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化，通过有限元分析大大减少了成本；2019年黄妮11氢燃料干组客车车架有限元分析及结构优化；张小伟12等人运用微客车架性能分析与轻量化优化。虽然国内外对于轻量化的论文非常的多，但大多为小汽车或小型客车。由于这一类车的轮毂多为铝合金优化设计，不符合特种轮毂强度和寿命条件；大多特种轮毂材料是球墨铸铁；因为进行相关的静态力学环境分析以及模态分析或者疲劳寿命验证需要精度较高产品，所有对于特种轮毂的结构进行相关的识别研究网上论文非常少。因此，该论文通过安徽车桥公司某特种球墨铸铁轮毂进行优化设计通过应力，寿命，

23、强度，最后通过模态来证明优化成功。2轮毂优化理论2.1概述由于论文轮毂分析是由仿真软件ANSYS而实现的，卡车轮毂作为卡车部分中最重要的一环，除了满足其卡车性能外，还要做到最大限度的轻量化；而为了实现轻量化后仍满足合理，可靠，安全；不能单单只对外形进行分析，即必须进行优化前后受力分析，应力应变，疲劳寿命，安全系数等内部数据的对比，在不改变其内在数据的前提下，依然轮毂具有可行性。应力应变：通过施加在轮缘的载荷结合有限元分析观察优化前后应力应变变化；疲劳寿命：通过施加在轮缘的载荷根据公式及有限元分析观察优化前后轮毂位移；安全系数：本质与应力应变有关系，范围大于1;2.2应力的基本概念及优化目的物体

24、会因为受到的力，湿气，温度场景的变化而产生变形；为了消除这个变形会在物体的内部不同组成部分会有相互抵抗的内力，从而达到防治外部因素的作用；并且尽可能恢复到原来位置。通俗的来说就是轮毂有些方向上的拉力比较大，又有些地方的方向拉力比较小，所以当把轮毂切开后，轮毂会发生比较大的变形。本论文所查找的是在设定好固定约束的情况下，在某一点进行施加载荷，通过有限元分析观察其在单位面积下轮毂受到的应力。在轮毂的有限元分析中，应力及其应变相关公式：应力：=FA 应变：=ll轮毂具有载荷F;受载荷面A;原长度:L;伸长量:l;危害：由于应力的存在，当受到来自外面的载荷作用下，会使轮毂内部应力剧烈运动从而使轮毂变形

25、甚至破裂。目的：在不破坏内部应力的作用下，通过改变外部辅助结构而达到优化其重量的目的。2.3疲劳寿命定义及公式在重复载荷的作用下，构件发生疲劳损耗所需的应力或者应变的重复数；出现长为0.2mm1mm之前的成为裂纹形成寿命，之后到构件完全破坏称为裂纹扩展寿命。疲劳寿命=裂纹形成寿命+裂纹扩展寿命 根据SN曲线：mN=C疲劳寿命N;理论应力斜;率m材;料参数C;lgN=A+Blg轮毂材料定数A;斜率B;在疲劳寿命的验证中因为轮毂的实际尺寸及轮毂的表面与理论存在较大的差异，实际中圆角等存在应力集中的情况；故由要引用SN曲线。2.4安全系数概念及总结安全系数（factor of safety）是材料力

26、学设计构件方法中便于验证构件安全力度的系数。安全系数的认定必须考虑荷载、构件的力学能力、验证值及理论值与构件值的差别、计算方法和施工标准等不确定性。安全系数计算参数为=极限应力/许用应力；安全系数=极限应力许用应力1安全系数的认定必须考虑荷载、构件的力学能力、验证值及理论值与构件值的差别、计算方法和施工标准等不确定性，其值大于等于1。通过以上三个理论：根据材料力学第四强度思想（畸变能理论）：主要关心塑性破坏；破坏原因：一点处所集聚的歪形能抵达了构件所能承受的畸变能。强度条件：塑形毁坏，材料压拉性能相同时满足。 =FA （2.1）s=12(1-2)2+(2-3)2(3-1)2 （2.2）在一定条

27、件的强度下，实际应力要小于极限应力且许用应力为系数除以应力的极限，用表示得：=sns （2.3）ns：安全因数强度条件（拉压）： （2.4）优化前轮毂 安全系数疲劳寿命最大应力优化轮毂第四强度理论图3 理论流程图通过以上理论知识的分析可知，得出的理论结果应该为：（1）优化前后受载荷部分应力应该几乎不变或减小；（2）疲劳寿命由于结构变化寿命略有缩减但仍然在优化标准之内；（3）安全系数未有较大改变仍在1.52.5范围内；3建模和有限元优化分析3.1轮毂介绍安徽车桥厂自研发生产的轮毂主要用于大型运输车，行驶速度相比普通货车速度较慢，为每小时12千米。车桥满足重量约为180t，安全系数在1.52.5。

28、标准螺栓与螺栓孔连接均为国际标准，为了方便安装轴承部分；轮毂内侧由筋板构成，外侧由螺栓构成。图4：轮毂外侧图图5： 轮毂内侧图3.2 proe的概述和三维模型概念Pro/E是基本部分的系统，其中作用包含参数化功能概念、实体结构及组建造型，3D上色，模型或线框造型，工件图的产生及不同视图展现（实体造型还可平移，变大或放小和旋转）。图6：轮毂剖视图3.3 轮毂轻量化位置轮毂的必要结构：由最外圆的支撑面，螺丝孔和筋板等部分构成；汽车在行驶时，由于轮毂受到的载荷较大，所以对其强度要求极高，论文未对螺丝孔大小做出改变，因为轮毂的约束条件有要求，不能对螺栓大小进行修改。故有压力校核公式可得：=FA （2.

29、5）轮毂具有载荷F;受载荷面A;根据应力的校核公式，本文对于轮毂的优化设计为减少筋板数量以及减少外侧内部螺栓数量。通过后期有限元分析，减少筋板数量是对无效结构优化，因为筋板在内部时收到的扭力和拉力较小以及外侧内部螺栓在轮毂中起辅导作用，故以上位置为轮毂轻量化位置。3.4 ANSYS Workbench简介及使用3.4.1 Workbench基本步骤简介有限元分析一般步骤为：步骤1：数据处理，通过实际问题定义模型；步骤2：装配阶段解答；步骤3：后处理:对所求出的解根据有关要求举行分析和评价；理信息，计算结果；后处理总装求解前处理图7有限元分析流程3.4.2 轮毂导入ANSYSProe与ANSYS

30、虽然可以相互传输，但对于结构复杂的工件，建模会因为显示不完整而发生错误，从而无法分析结果。导入步骤如下：A: 分析模型错误并修改模型；B：将模型另存为Parasolid(*.x_t)格式；C: 将ANSYS Workbench的static structural打开进入Model界面；3.4.3 网格划分步骤及其作用网格划分可以将三维模型进行网状切割，通过类似于“破碎法”将实体模型转化为点模型，从而可以清晰的看出优化前后的体积改变。以本论文网状划分为例其具体步骤：（1） 选用十字点四面网格；（2） 对受力集中处使用MESH插入细化网格；（3） 尺寸5mm；由图7可知优化前后点网格密集程度。由表

31、3可知优化前后点数改变，从而判断体积改变大小，更直观的看出优化前后不同。 优化前 优化后图8 轮毂网格变化密集图表3 网格数据改变表轮毂前轮毂后节点数（个）554470424670单位实际数（个）3186222488743.4.4 轮毂行驶状态及载荷位置本论文载荷加载由接触的方法得出，施力位置为,2处由图八图九可知受力位置,32时，载荷位置由图9左所示；32，2时，载荷位置由图9右所示。 左 右图9轮毂行驶状态及载荷卡车轮毂的约束是其外钢圈接口处所产生的，所以我们在进行优化分析的时候只要分析轮毂最外圆的安装面，且轮毂的法兰面为固定约束,如图可知ANSYS Workbench中约束类型为固定约束

32、，如图10所示；在轮毂外侧内部螺丝孔位置添加约束, 具体如图11所示，该约束只限制移动，不限制转动。添加完成约束后，下面对不同的行驶状况载荷下优化设计前后各个矢量的变化。图10 螺栓约束位置 图11中心端面约束运动1：汽车满载情况下停车或汽车低速驾驶路段该有限元分析卡车速度低约为12km/h，单车桥180t，轮毂m为90t，故公式为F1=mg2 （2.6）承重：m;重力加速度：g=9.8;图12 轻量化前后位移图图13 轻量化前后应力图静止竖直向下载荷：190000N 由图可知以下数据：分析对比 最大位移mm 最大应力MPa 安全系数优化前 0.0084118 90.468 2.22优化后 0

33、.0084483 91.935 2.19运动2：汽车紧急刹车汽车在高速情况下以最大制动紧急刹车，受到巨大径向冲力。得公式F2=kmg2 （2.7）径向冲击系数K=1.2;图14 优化前后位移图图15 优化前后应力图载荷：300000N 由图可知以下数据：分析对比 最大位移mm 最大应力MPa 安全系数优化前 0.013282 142.84 1.41优化后 0.013339 145.16 1.83运动3：卡车遇急转弯遇急转弯的运动要考虑以最大的转向速度进行转弯时，卡车轮毂受到惯性力的影响。其他均为运动1受力，得合力如图16： N=F1 （2.8） F3=F1+N （2.9）附着系数=0.4（仅急

34、转弯）；图16 运动受力点情况图17 优化前后位移图图18 优化前后应力图静止竖直向下载荷：190000N 由图可知以下数据：分析对比 最大位移mm 最大应力MPa 安全系数优化前 0.025778 115.27 1.74优化后 0.022731 117.06 1.723.4.5 分析优化设计前后变化因为材料为球墨铸铁QT500-10，目前市场对于卡车轮毂没有好的置换材料，所有通过更换材料达到优化设计的方法行不通；论文通过减少轮毂筋板和螺栓数量进行优化。优化设计的核心目的有两点：一:轮毂重量应该合理并且不能破坏原有稳定性；二:优化位置的产生的危险应力应该降低到最小应力；故有压力校核公式可得=F

35、A轮毂具有载荷F;受载荷面A;有公式可得：在载荷不变的时候，受力面积越大，应力越小。又因为应力与应变联系呈线性关系，即胡克定律，得：=E （2.10）弹性模量：E;线应变公式：;=ll （2.11）原长度:L;伸长量:l;由上述公式可得，通过有限元分析发现优化设计后轮毂接触面积增大，应力会减小且应变也会减小。论文通过减少轮毂筋板和螺栓数量进行优化目的如图19第1处所示；并且对外侧内部螺栓进行了减小，从而使的应力的受力面积增加，在受到相同载荷的情况下，轮毂强度应力在优化前后未发生明显变化；同时由于减少轮毂筋板和螺栓数量，轮毂的质量降低，可以去除制造轮毂粗糙带来的应力不均匀而弯曲变形；如图19为优

36、化前后轮毂正反面图减少轮毂筋板和螺栓数量进行优化。由有限分析可知：应力在载荷不变时，轮毂优化面积改变不大，所受应力基本不变，又因为位移也未有较大的变动，所以应变也未有较大变化。图 19轮毂的优化模型图3.4.6优化设计结论根据ANSYS及产生的有限元分析后期处理图和减少轮毂筋板和螺栓数量进行优化可知：外侧内部螺栓轮毂从十个降低到八个;内部筋板数量的由优化前的10块减少到了8块，并且在受到相同载荷的情况下，轮毂强度应力在优化前后未发生明显变化，同时由于减少轮毂筋板和螺栓数量，轮毂的质量降低，可以去除制造轮毂粗糙带来的应力不均匀而弯曲变形，但有些数据不能修改，例如螺丝孔的尺寸，改变应力位置会发生改

37、变，优化设计分析困难。通过有限元分析原轮毂质量为24.6kg，建模和有限元分析后轮毂质量为23.05kg，整体上质量约减少了1.55kg，约合总体积的6.3%；根据车桥厂市场报告显示，特种材料的单斤费用为20元，每个轮毂可减少62元左右，车桥厂全国每年销量车桥约2万套，若一套车桥轮毂减少62元，一年将减少124万（假设一套车桥只有一个轮毂情况下）；在受到相同载荷的情况下，轮毂强度应力在优化前后未发生明显变化；，同时由于减少轮毂筋板和螺栓数量，轮毂的质量降低，故对能源消耗减少大大提高了不少。29宿州学院本科毕业设计 轮毂结构的模态分析及疲劳分析验证4模态分析和疲劳强度的证明4.1 优化前后模态分

38、析4.1.1 模态分析思想概念由振动思想可以知道,一个直线振动,当它按构造自身的某阶固定频率作自由简谐运动时,完整概念将会拥有一定的振动模式,这样振动形式的矢量称为振型向量或模态向量。模态矢量有一个中心的特征即“模态正交性”。对于多维自由度模型,可以变化为模型坐标下来。然而,在一个系统中,只有较少的低阶模态可以影响其关键的作用。4.1.2 分析步骤模态分析的关键步骤如下：（1） 预试验分析；（2） 建立模态模型；（3） 定义接触类型；a确定被测结构的边界条件B确定使用的总体坐标系c确定激励方式（4） 设置网格控制，进行网格的划分；（5） 根据测试要求确定测量自由度；（6） 控制频率六阶次进行参

39、数模拟；（7） 解答数据；4.1.3 优化前后模态分析结论通过模态六阶分析，通过比较。卡车轮毂的约束是其外钢圈接口处所产生的，所以我们在进行优化分析的时候只要分析轮毂最外圆的安装面，且轮毂的外侧内部螺栓为固定约束,如图可知ANSYS Workbench中约束形态为固定约束；在轮毂外侧内部螺丝孔位置添加约束, 该约束只限制移动，不限制转动。添加完成约束后，对不同的行驶状况载荷下优化设计前后各个矢量的变化由于不同的边界条件会导致产生不同的固有频率以及振型，故二者的要添加相同的边界条件。卡车轮毂的约束是其外钢圈接口处所产生的，所以我们在进行优化分析的时候只要分析轮毂最外圆的安装面，且轮毂的法兰面为固

40、定约束,如图可知ANSYS Workbench中约束类型为固定约束，在轮毂外侧内部螺丝孔位置添加约束,该约束只限制移动，不限制转动。添加完成约束后，下面对不同的行驶状况载荷下优化设计前后各个矢量的变化。如图如表可知：表4 几何体模型六阶振动频率表阶次原轮毂（Hz）优化轮毂（Hz）对比率18896.38878.50.2%28972.28945.30.3%39124.289601.8%49035.190350.2%510925.9109040.2%611342.3109683.4%图20 轮毂前后模态频率柱状图图21 优化后轮毂频率分布图通过以上数据及其模态分析图我们不难发现的结论有很多，外侧内部

41、螺栓轮毂从十个降低到八个;内部筋板数量的由优化前的10块减少到了8块，并且在受到相同载荷的情况下，轮毂强度应力在优化前后未发生明显变化，且频率未发生较大的改变，在正常的行车环境中，优化后的轮毂通过数据可知依然表现的比较稳定。（注速度：12km/h，频率100Hz）即优化设计成果，轮毂轻量化设计可以执行实际的生产。4.2 轻量化前后轮毂寿命计算和导入4.2.1 计算疲劳寿命由SN疲劳的曲线分布图13可知其所代表的用意为轮毂最大应力和产生疲劳寿命时间的关系，轮毂的函数关系式如下图所示：最大应力值：S;轮毂的疲劳寿命N;图22 SN疲劳的曲线分布图由图22的SN疲劳的曲线分布图得到公式如下：mN=C (3.1）其中：疲劳寿命N; 理论应力; 斜率m; 材料参数C;两同时取对数且化简得到以下公式：lgC=mlg+lgN （3.2） lgN=A+Blg （3.3）式中：轮毂材料定数A; 斜率B;集合（3.1）和（3.2）及（3.3）： m=-B通过搜索相关资料可知对于球墨铸铁进行疲劳的曲线分析，查阅相关参数具体如表所示。表5 球墨铸铁材料S-N曲线及A ，B系数，转点N0球墨铸铁b(MPa)ABN0近似QT50