Workbench 汽車輪轂的案例
汽車電子資料領取 | 電動汽車的輪轂馬達及驅動電子設備
來源: EEWORLD
輪轂馬達已經開始在電動汽車（EV）中得到應用，這項技術的采用可去除差速器（differential）和傳動軸（driveshaft）等裝置，能夠使電動汽車顯著地節省空間。但是，該方法也帶來了一些技術挑戰，例如增加了簧下重量（unsprung weight）。本文將介紹輪轂馬達的發展狀況，并討論驅動電子設備等一些設計集成問題。
輪轂馬達：電動汽車傳動系統的創新方法
汽車技術發展歷來就是一個保守但卻不斷演化的過程，即使在電動汽車發生了深刻技術變化的背景下，設計人員也會“盡量使其安全”，希望使電動汽車的總體布局、形狀和感覺盡可能與傳統內燃機（ICE）動力汽車相似。由于采用了這種方式，到目前為止，電動汽車的設計趨向于用單個馬達代替汽油或柴油發動機，并結合傳統的驅動軸、差速器齒輪箱以及前輪驅動、等速萬向節（constant velocity joint）來進行布置。具有多個馬達的設計確實存在，但是這些馬達通常仍固定在車輛底盤內，并通過機械連接與車輪相連。
在 19 世紀末，費迪南德·保時捷（Ferdinand Porsche）構想了一個很好的主意。他以“洛納 - 保時捷（Lohner-Porsche）電動汽車”為原型（圖 1）開發了一種“無 馬馬車”，該車輛在每個輪轂中央都嵌入了一個由電池供電的馬達，然后由車載汽油發動機充電。馬達的控制是基本要求，但卻消除了傳統動力總成和 ICE 變速箱的功率損耗。當時的設計因其轉向非常沉重，動力很低，而重量卻高達一噸半，續航能力很差。因此，該汽車因其性能怪異而在歷史上銷聲匿跡。
展開 碳纖維汽車輪轂的剛度和強度分析 ￥19.89
在不改變約束的情況下，改變輪轂的結構和材料的屬性，所得車輪各階相應頻率變化較大，這是因為保證輪轂的剛度和強度，對輪轂結構進行優化后改變輪轂結構造成的，鎂合金輪轂的模態變化率較高。輪轂的輪輞和輪輻部分，其固有頻率都處在一定的范圍，還存在一定的優化空間，通過研究該部分的振動特性，尤其是對構件動力影響最大的低階振型，可為后續輪轂的二次減重和優化選擇最佳的結構方案提供理論支撐。
結論
輪轂在汽車中扮演著至關重要的角色，它不僅影響著汽車的安全性和駕駛舒適度，而且還是輕量化設計的核心，因此受到了廣泛的關注。汽車輪轂的輕量化設計是汽車行業現代化和高速化發展的方向。為了節能降耗、綠色環保,必須對汽車輪轂進行輕量化設計。
(1)本文選擇了碳纖維作為汽車輪轂的材料,利用丁三維設計軟件SOILDWORKS進行汽車輪轂的造型設計,并結合了有限元分析ABAQUS技術對汽車輪轂進行結構分析、尺寸優化以及拓撲優化。在保證汽車輪轂質量的前提下,降低了生產成本,提高了生產效率。
(2) 經過有限元模擬，我們使用ABAQUS 進行了深入的研究，獲取了關于特定類別的輪轂的強度數據，包括前 6級的固有頻率，以及它們的相關振動特性。經過詳細的研究，我們可以確定這種輪轂的模式是非常適用的，它可以很好地抵抗駕駛時的外力，從而防止出現共鳴現象。
(3)汽車輪轂的優化設計,為了減輕汽車輪轂自身的重量,提供的優化設計模塊對汽車輪轂的尺寸進行合理優化。通過采用參數化建模技術，我們可以有效地優化輪轂設計，從而大大減少建模和計算的時間。
通過引入有限元分析技術，可以有效地幫助設計師及時識別出可能出現的缺陷，從而有效地控制生成的零件，大大降低了性能測試的時間成本，大大縮短了研制的時間，從而極大地提升了汽車零部件的整體質量。
展開 汽車輪轂的拓撲優化設計
摘要：為了實現汽車鋁合金輪轂的結構輕量化設計，本文以拓撲優化方法為理論依據，結合有限元分析技術，針對特定的鋁合金輪轂結構進行了輕量化研究。建立了以輪輻和輪轂中心區域為設計變量的有限元分析模型，分別對輪輻和輪轂中心部位進行拓撲優化，并依據優化結果對模型進行重新設計和性能驗證。結果表明新設計的模型在滿足性能要求的前提下比優化前減重了10%，材料性能進一步得到有效應用，輪轂結構輕量化的目的得以實現。
關鍵字：拓撲優化，鋁合金輪轂，HyperWorks
0 引言
在能源、環境和安全三大問題的迫切要求下，現代汽車節能降耗要求不斷高漲，安全和環保法規日趨嚴格，汽車輕量化是必然趨勢[1]。輪轂是汽車的一個重要部件，關系著汽車行駛的安全和舒適性，鋁合金輪轂具有諸多優越性已經得到廣泛應用，短時期內很難找到替換材料，因此合理的輪轂結構就變得尤為重要，良好的輪轂結構具有重量輕，性能好，材料利用率高，便于加工等優點。傳統的優化是在設計經驗的基礎上反復試驗，計算和校核，其優化周期長，并且耗費大量的人力和物力，近幾年出現了采用結構拓撲優化思想和有限元模擬相結合的優化方法，能夠更科學和高效的實現結構的輕量化設計。本文以蘇州三基鑄造裝備股份有限公司生產的輪轂為例，以輪輻和輪轂中心區域為設計變量，采用有限元模擬的方法對輪轂進行拓撲優化設計，并依據最終的拓撲優化結果建立了新輪轂幾何及有限元分析模型，對此模型進行了靜態力學分析，驗證了優化結果的準確性。
1 拓撲優化技術簡介
拓撲優化技術能在給定的設計空間內找出最佳的材料分布，拓撲的改進可大大改善結構的性能和減小結構的質量[2]。目前連續體結構拓撲優化技術比較成熟的是均勻化方法、變密度方法和變厚度方法。
展開 基于概念設計的汽車輪轂輕量化設計
摘 要：為達到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設計階段對汽車輪轂進行結構尋優。用拓撲優化技術作為概念設計的方法，建立基于變密度拓撲優化方法的汽車輪轂概念設計數學模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設計有限元模型，然后引用折中規劃法解決多工況問題，在Optistruct結構優化軟件中建立汽車輪轂的優化模型和優化參數；利用拓撲優化技術在hyperworks軟件OSSmooth模塊構建了3種輪轂的創新型拓撲結構，分別將3種不同的拓撲結構導入CAD軟件進行二次設計，對二次設計后的新型輪轂進行有限元分析。結果表明：在滿足材料許用應力的前提下，7輻輪轂相比8輻、9輻以及原輪轂更滿足要求，質量比原輪轂減小12.2%。
關鍵詞：概念設計；汽車輪轂；拓撲優化；輕量化
0 引言
節能減排已成為汽車工業發展的主要方向，汽車輕量化是實現汽車節能減排的最佳途徑，合理的結構設計是汽車輕量化的有效手段。汽車輪轂是汽車的重要部件，在行駛過程中，汽車與地面之間的力和力矩都是由輪轂承受和傳遞，輪轂直接影響汽車的整體行駛穩定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性以及外觀形狀，對汽車的整體能源消耗和輪胎壽命有很大影響。我國汽車結構輕量化技術發展迅速，國內很多學者根據有限元仿真技術對汽車現有結構進行了優化，雖然達到了較好效果，但忽略了結構的概念設計階段。
概念設計作為機械產品重要的前期設計階段，很大程度上決定了客戶對產品的功能要求。相對于中后期的結構優化，早期的設計成本更低，設計自由度更高。通過概念設計階段科學的分析計算，建立較為理想的設計模型，減少了設計中后期因為改進需要進行的大量反復修改，既縮短了周期又降低了成本[1-3]。
展開 
汽車輪轂低壓鑄造模擬分析
該輪轂的輪輻的形狀較為復雜、鑄件在輪輻和輪輞交界處存在較嚴重的卷氣現象。通過鑄造模擬，呈現了卷氣產生的過程和原因，并且對壓力設置、冷卻水路等工藝條件進行了系統地驗證，對工藝方案的改善，提供了全面的數據。
閱讀全文：http://tech.caenet.cn/Article2358.html
來源：CAE服務聯盟
汽車輪轂結構的拓撲優化
汽車輪轂結構的拓撲優化
梁言（北京工業大學機械工程與應用電子技術學院，100124）
摘要 本報告基于Hyperworks軟件中的Optistruct模塊，對汽車輪轂進行了拓撲優化，在對行駛中的汽車進行受力分析的基礎上，簡化了力學模型，對拓撲優化模型添加了模式組約束，得到了具有對稱結構的優化結果，結果具有一定的參考價值。
關鍵詞：拓撲優化；變密度法；汽車輪轂。
一、 引言
環境和資源問題已成為世界各國所關注的焦點，為了降低材料損耗、節省能源，汽車將向著輕量化的方向發展。輪毅作為汽車重要的安全部件，其結構的優化設計不僅關乎輕量化的發展，而且還直接影響汽車的性能。
為了達到高強度，輕質量，造型美觀這些要求，在設計汽車輪毅時，要對其結構、布局上進行整體設計，以及在形狀及尺寸上進行合理的優化設計。優化設計是一種尋求最優設計方案的技術，是機械產品設計和創新發展的主導方向，是生產企業生存發展的重要手段。隨著科學技術的發展，基于有限元技術的分析軟件提供的各種優化設計模塊日益成熟。本報告利用基于Hyperworks軟件的Optistruct模塊用變密度法對汽車輪毅進行拓撲優化，從而達到高強度，輕質量等要求。
二、 基本理論
工程上的結構優化可以分為尺寸優化、形狀優化、形貌優化和拓撲優化四種。本文采用拓撲優化的方法對汽車輪轂進行優化分析。拓撲優化的研究領域主要分為連續體拓撲優化和離散結構拓撲優化。汽車輪轂的拓撲優化屬于連續體拓撲優化，目前比較常用的連續體拓撲優化方法有均勻法、基結構法、變厚度法、變密度法。
展開 汽車輪轂設計最難，也最簡單
最近雷軍的一句“（造車）最難的是做輪轂”，爭議頗大，吸引很多吃瓜群眾（包括我）。
但這句話其實出自雷軍2024年的一段采訪。原話是：140年里面，全世界最聰明的設計天才們，幾乎窮盡了所有想法。最難的是做輪轂……今天你要做一個特別好看的輪轂，別人沒做過的，那神。
不難看出，雷軍的原意是“輪轂想做的好看，和前人不一樣，很難”。
掐頭去尾害人吶。
輪轂作為汽車最外顯的部件之一，其設計絕不僅是工程問題。它對汽車的意義不亞于鞋子對于人：60歲小伙穿豆豆鞋，不合適。
輪轂的外觀，會直接影響整車的顏值及氣場——廉價還是高端，運動還是商務。
但無論美丑，結構強度都是基礎，脫離了安全的好看沒有意義。
一個合格的輪轂需要能承受車身重量、路面沖擊、加減速時的扭矩、無數次的應力循環。同時，輪轂還要幫助制動系統散熱，保證剎車系統的通風...
在此基礎上，重量輕一些，成本低一些，外觀好看一些，老板就能高興一些。
總之，輪轂結構設計是個典型的多目標、多約束的優化過程。
在傳統的結構設計流程中，攻城獅需要基于經驗，根據載荷對輪轂做概念設計和初步設計，得到詳細的CAD模型后做有限元分析，看強度結果是否符合預期。
此過程說來輕松，但少不了無數輪的迭代。攻城獅經驗再豐富，熬夜加班掉頭發肯定少不了。
你想，痛苦的根源在哪里？
根源在于人工經驗需要對抗物理公式，基于經驗的設計總是被公式否定。
你又想，那能不能用物理公式直接去設計呢？
恭喜你，發明了拓撲優化。
展開 輪轂電機在新能源汽車驅動系統中應用剖析
對汽車來講，簧下質量會對汽車的性能產生很大影響，原來的驅動系統是在懸架以上，而輪轂電機會使懸下重量增加一倍多，這對汽車的平順性嚴重惡化，不是輪轂電機不能用，而是應用在汽車上會嚴重影響其性能。
針對這一問題，電動公會還采訪了上海交大汽車工程研究院副院長殷承良。
LMS Virtual.Lab Durability_方法介紹37_汽車輪轂瞬態疲勞分析實例
大家好，今天帶來一個汽車輪轂瞬態分析實例的視頻教程，希望對大家有所幫助。
附有源文件和視頻見百度網盤鏈接http://pan.baidu.com/s/1pJuOgv5
（受到上傳文件大小的限制，該目錄下“37LMS Virtual.Lab Durability_方法介紹——汽車輪轂瞬態疲勞分析實例.zip“）
LMS Virtual.Lab Durability交流群，群號：83853780 歡迎各位入群討論交流。
2025大賽優秀作品 | 電動汽車輪轂電機多學科仿真設計集成平臺
近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：電動汽車輪轂電機多學科仿真設計集成平臺
作者： 史浩然 | 比亞迪股份有限公司
關鍵詞：永磁同步輪轂電機；集成設計平臺；多學科設計；有限元；二次開發；數據庫管理
作者說
Ansys作為一款專業的仿真工具，涵蓋了電磁學、熱學、靜力學、動力學等各大領域。各學科領域均有標準化的工作流，同時具備強大的API，支持基于多種編程語言完成二次開發。新版本Ansys在界面美觀性及工具鏈的集成性上均有很大的提升，令仿真開發人員獲得了極好的使用體驗。
電機電磁場、應力場及溫度場仿真設計一體化
電機產品的設計流程復雜且涉及力、熱、電磁等多物理場及其耦合。當前的策略多采用獨立的仿真軟件對單個物理場進行優化設計，缺乏統一設計平臺和數據交互系統，導致產品開發效率低、多學科設計流程割裂等實際問題。本案例以實現輪轂電機多學科仿真一體化設計為核心目標，利用參數化仿真、系統集成和數據庫等技術手段來構建集成仿真平臺及其數據管理和交互系統，開發了輪轂電機多學科仿真設計集成平臺，平臺集成了電機電磁場、應力場與溫度場仿真設計模塊，可實現輪轂電機多學科的一鍵式自動化仿真，同時能夠對多學科的輸入輸出數據進行統一的管理。該集成平臺極大簡化了產品的設計流程并提高了設計效率與質量。
挑戰/需求
企業希望借助集成化、自動化的仿真工具簡化電機產品的開發設計流程，降低仿真軟件使用門檻，便捷管理繁雜的仿真設計數據；仿真工具操作盡量簡潔，同時具備必要的數據可視化功能，從而減少開發人員的重復性工作，提高電機產品的開發效率。
展開 豐田飛行汽車專利：輪轂可作旋翼 兼具陸空雙模式
據外媒報道，豐田汽車工程與制造北美分公司(TEMA)已經提交了一份創新飛行汽車的專利申請，該飛行汽車的輪轂可兼作旋轉機翼。
該專利是為雙模式車輛的輪轂而設計，是一種可將車輛從陸地模式轉換成飛行模式的方法。其描述了一種車輛，車輛的輪轂連接到固定在中心樞軸的間隔臂上，當車輛從陸地模式切換到飛行模式時，間隔臂將向上延伸，輪轂開始旋轉，然后轉子在輪轂內部延伸，如同直升機轉子一樣旋轉，從而產生足夠的升力讓車輛可以飛行。
豐田的專利表示，每個輪轂/轉子都由電力系統供電的電機提供動力。電力系統可以是電池組、燃氣輪機發電機、氫燃料電池或者任何其他可產生足夠電力以驅動雙模式車輛輪轂的能量轉換裝置。該專利還表示，可通過雙模式車輛一側輪轂的速度將車輛轉換成陸地模式，類似于坦克等具有雙軌道的車輛轉彎的方法。
豐田的飛行汽車專利讓人想起飛行汽車初創公司特拉弗吉亞汽車(Terrafugia)的概念飛行汽車。特拉弗吉亞汽車是中國汽車巨頭吉利(Geely)的全資子公司，其于2015年首次展示其飛行汽車概念車，該概念車的特色就是擁有可展開的直升機式轉子。然而，與豐田的設計不同的是，特拉弗吉亞汽車有專門的輪轂和飛行轉子，而不是將兩者整合到一個組件中。優步(Uber)也在計劃未來某天推出“飛行出租車”，將使用類似無人機式的飛行技術，但是此類汽車將無法在公共道路上行駛。
文章鏈接：中國智能制造網 https://www.gkzhan.com/news/detail/111602.html
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汽車輪轂側向動剛度、彎曲及徑向強度、彎曲及徑向疲勞保姆級教程 ￥300
汽車輪轂側向動剛度（基于hypermesh、nastran）；基于國標徑向及彎曲強度（基于ansa、abaqus）；徑向及彎曲疲勞（ncode），從網格劃分-工況搭建-計算設置-后處理全流程保姆級教程，仿真結果經過實驗對標，結果精度80%以上，總共300頁教程附帶求解文件。
ANSYS Workbench汽車防撞梁碰撞仿真，附講解視頻及模型文件 ￥88
ANSYS Workbench防撞梁碰撞仿真指導手冊
本案例文檔，適合本科畢業設計水平，具有極高參考價值，請合理使用文檔。涉及汽車防撞梁結構的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結果處理等各個方面。設置方法程詳細，結果結果合理。相關復合材料鋪層均可使用該文檔方法設置完成。
附帶詳細講解視頻和案例模型
1. 概述
本手冊旨在指導用戶使用ANSYS Workbench進行防撞梁碰撞仿真分析。通過幾何處理、材料定義、網格劃分、接觸設置、邊界條件定義、計算參數配置及結果分析等步驟，完成從建模到仿真的全流程操作。本手冊適用于結構工程師、仿真分析師及相關技術人員。
2. 幾何處理
2.1 幾何導入
推薦使用SpaceClaim或DesignModeler (DM) 進行幾何前處理，二者在抽殼、幾何修復等操作中效率較高。也可選擇用其他三維CAD軟件（如SolidWorks、CATIA）導入幾何，但需確保導出格式兼容（如.stp、.igs）。
打開Workbench，進入Geometry模塊。右鍵點擊Import Geometry，選擇防撞梁模型文件（如.stp格式）。點擊Generate生成幾何體，雙擊進入該模塊，檢查模型完整性。也可以先打開該模塊，再導入幾何。
2.2 幾何簡化（抽殼）
防撞梁通常采用殼單元（Shell Element）簡化，以減少計算量。
操作步驟：在SpaceClaim/DM中選擇抽殼工具（Thin/Surface）。點擊目標面，設置厚度方向（例如3mm），生成殼模型。隱藏實體模型（快捷鍵F9），僅顯示殼結構。
幾何檢查：切換至線框模式（Wireframe），檢查自由邊（紅色顯示）。
展開 workbench LS-DYNA中汽車碰撞實例 ￥88
隨著汽車行業的快速發展，人們對汽車的要求越來越高，顯然安全性是最重要的，，尤其是正面碰撞的被動安全性是反映汽車安全性能的一個重要方面。
本文以workbench ls-dyan中建立起車碰撞模型，并進行計算仿真，獲取碰撞之后的擠壓變形。
注：仿真為方法性仿真，沒有實際汽車模型，僅僅建立簡化后的汽車模型，邊界條件均為假設，實際情況請以試驗參數為準。（如有需要聯系 fwz0703@163.com）
1、模型建立
本文在ansys的DM中建立模型，建立的結果如下圖所示，為簡化模型，僅僅表示汽車形狀
2、網格及邊界條件
該模型為汽車簡化模型，在workbench中建立墻壁和地面，如圖所示，模型需要設置殼體的厚度，即汽車殼體的鋼板厚度。
該模型劃分網格，由于采用shell單元建立模型，網格也采用shell劃分網格
邊界條件加載為汽車整體加載120km/H的速度，即速度為33m/s
設置汽車和墻壁，汽車和地面為無摩擦接觸
墻壁和地面設置為固定
整體計算時間設置為30ms，可以較多的查看到碰撞之后的變形效果
3、汽車碰撞仿真結果
可以獲取汽車的變形情況和汽車碰撞之后的應力分布，結果如圖所示
可以獲取汽車零件的動能、內能、沙漏能等參數的變化曲線，沙漏能需要小于總能量的5%
另外可以獲取指定點的速度加速度等變化曲線
行業標準主要考察的是駕駛人員的加速度和空間擠壓變形情況
展開 新能源汽車碳纖維復合材料車門輕量化設計
4 結論
本文基于新型碳纖維材料和計算機輔助設計軟件，對某新能源汽車的車門進行了材料替換和結構優化的輕量化設計。對碳纖維復合材料車門依托自由尺寸拓撲優化、尺寸優化和鋪層順序優化理論進行了結構優化，并校核了優化后車門的剛度和模態頻率。模態頻率和最大變形均滿足要求，最終優化后的車門總質量為8.052 kg，減重48.3%。
參考文獻
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