某农用车车轮材料优化可行性有限元分析

摘要

以某款拟降重50%的农用车车轮为研究对象，结合降重比例和研发成本等因素，通过采用材料优化的方式对其进行轻量化。首先，根据《商用车车轮弯曲和径向疲劳性能要求及试验方法（GB/T 5909—2021）》对钢制车轮进行了弯曲工况和径向工况的有限元分析，得到此款钢制车轮弯曲工况下的最大应力和最大应变分别为321.5 MPa和5.742 mm；径向工况下的最大应力和最大应变分别为151.1 MPa和0.413 mm；进行了钢制车轮两种工况下的模态分析，得到了钢制车轮固有频率。然后，将车轮材料更换为铝合金，仍根据《商用车车轮弯曲和径向疲劳性能要求及试验方法（GB/T 5909—2021）》对铝合金制车轮进行弯曲工况和径向工况的有限元分析并进行模态分析，得到弯曲工况下最大应力和最大应变分别为365 MPa和8.262 mm；径向工况下最大应力和应变分别为151.0 MPa和1.232 mm；结合分析结果判定铝合金制车轮的固有频率和材料力学性能满足要求。最后，将铝合金制车轮有限元分析结果和钢制车轮有限元分析结果进行对比，判定材料优化可行。通过材料优化后，降重率达到了64.1%，实现降重目标。

关键词

农用车轮 / 材料优化 / 轻量化有限元分析 / 模态分析