輪轂的案例
碳纖維汽車輪轂的剛度和強度分析 ￥19.89
2.2 輪轂基本知識及設計標準
2.2.1 輪轂的基本結(jié)構(gòu)
車輪的功能用途是車輛所執(zhí)行的驅(qū)動力和制動力是通過輪轂與路面的附著力來實現(xiàn)的能支撐整個車輛的所有重量可以緩和來自不平整路面所產(chǎn)生的沖擊力在遇到障礙物時能保證車輛順利通過，汽車在彎道上行駛時,車輪有自動回轉(zhuǎn)力偶來側(cè)抗力相互作用。下面是汽車輪轂的主要組成及各部分的作用：
1.輪輞與輪轂配合，起支撐作用；2.輪輻與車輪車軸連接；3.輪緣是保持并支撐輪轂方向的輪輞部分，輪緣的外沿部分很容易遭受外力載荷的沖擊,而且在沖擊后很容易產(chǎn)生變形,甚至形成裂紋導致汽車輪轂胎壓的泄漏；4.胎圈座與輪轂的胎圈接觸，作用時支撐輪轂徑向的輪輞部分；5.槽底是為了裝拆輪轂而留的一個凹坑；6.氣門孔是輪轂充氣的位置。圖 2-1 為輪轂的截面圖對應輪轂各部分名稱。
展開 輪轂仿真第①期：10分鐘搞定仿真驗證，給輪轂做一次“性格測試”
??? 5月特輯：聚焦輪轂&前蓋兩大核心零部件，共計8期視頻深度連載。
本篇進度：▓??????? （1/8）
輪轂仿真第①期-模態(tài)分析
你的輪轂，會在高速上“碎”掉嗎？
為了追求極致輕量化，現(xiàn)在的汽車輪轂被掏得越來越空，輻條越做越細。
作為設計工程師，你是否有過這種“心虛”時刻：材料扣掉這么多，萬一在高速上過個坑，直接斷掉怎么辦？
在真實的工業(yè)研發(fā)中，我們不可能每改一版數(shù)據(jù)就造個實物去撞擊。這就是仿真的價值——在數(shù)字世界里創(chuàng)造“孿生模型”，在圖紙階段就精準定義它的生死極限。
與其苦等仿真結(jié)果，不如自己用10min完成快速校核，從源頭提升設計質(zhì)量。
模態(tài)分析——給輪轂做場“性格測試”
提到仿真，很多人第一反應是“反人類”的偏微分方程。別怕，我們今天不講那種硬核理論。
想象一下，你正在敲一口大鐘
固有頻率： 你敲一下輪轂，它發(fā)出的“當——”的一聲長音，那個固定的音調(diào)，就是它的固有頻率。
性格測試： 做模態(tài)分析，其實就是摸清這個金屬疙瘩的“底牌”，看它在什么頻率下會“失控”。
為什么要防備共振？
還記得周星馳電影《功夫》里的“獅吼功”嗎？包租婆憑聲音就能震碎玻璃杯。
如果胎紋拍打頻率、發(fā)動機震動頻率、懸架傳遞頻率恰好撞上了輪轂的“固有頻率”，哪怕沒有猛烈撞擊，輪轂也會在自我抖動中金屬疲勞，瞬間斷裂。
算出固有頻率，避開重合區(qū)間——就是我們輪轂仿真第①期實戰(zhàn)的核心任務。
達索MODSIM——讓仿真“平權(quán)”
無需再死磕晦澀難懂的理論，讓平臺成為你的外掛。
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(jié)構(gòu)尋優(yōu)。用拓撲優(yōu)化技術(shù)作為概念設計的方法，建立基于變密度拓撲優(yōu)化方法的汽車輪轂概念設計數(shù)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(guī)劃法解決多工況問題，在Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件中建立汽車輪轂的優(yōu)化模型和優(yōu)化參數(shù)；利用拓撲優(yōu)化技術(shù)在hyperworks軟件OSSmooth模塊構(gòu)建了3種輪轂的創(chuàng)新型拓撲結(jié)構(gòu)，分別將3種不同的拓撲結(jié)構(gòu)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(jié)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(zhì)量比原輪轂減小12.2%。
關(guān)鍵詞：概念設計；汽車輪轂；拓撲優(yōu)化；輕量化
0 引言
節(jié)能減排已成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向，汽車輕量化是實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的最佳途徑，合理的結(jié)構(gòu)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(wěn)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(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)發(fā)展迅速，國內(nèi)很多學者根據(jù)有限元仿真技術(shù)對汽車現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，雖然達到了較好效果，但忽略了結(jié)構(gòu)的概念設計階段。
概念設計作為機械產(chǎn)品重要的前期設計階段，很大程度上決定了客戶對產(chǎn)品的功能要求。相對于中后期的結(jié)構(gòu)優(yōu)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 輪轂電機驅(qū)動技術(shù)
對于輪轂電機而言，其技術(shù)要求主要為輪轂電機需要有較高的轉(zhuǎn)矩密度，同時為了滿足汽車的快速啟動以及加速等動作，輪轂電機需要有較寬的抗過載能力，同時在此范圍內(nèi)還需保持較高的頻率，輪轂電機還需具備在各種惡劣天氣下運行的能力，在惡劣環(huán)境下還需保持較高的精度。
圖1 輪轂電機外觀
2 輪轂電機驅(qū)動形式
2.1 內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機
按照輪轂電機的不同驅(qū)動形式，可以分為內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機和外轉(zhuǎn)子輪轂電機兩大類，其中內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min。內(nèi)轉(zhuǎn)子對于電機的要求并不高，由于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機引入了減速機構(gòu)，使得輪轂電機的結(jié)構(gòu)變得復雜從而增加了汽車的非簧載能力，在學術(shù)界日本對于內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機的研究較深，日本的重點大學慶應義塾大學與多家汽車公司一起合作開發(fā)出ECO，采用內(nèi)轉(zhuǎn)子輪轂電機的電動汽車型號以及研發(fā)單位如表1所示。
展開 
輪轂電機產(chǎn)業(yè)化難點簡析
圖8 PD18輪轂電機在新底盤平臺搭載示意圖
6 結(jié) 語
輪轂電機產(chǎn)品所具有的系統(tǒng)高度集成化特點，符合氫燃料和智能化以及新型通用化電動汽車平臺發(fā)展的應用需求。簧下質(zhì)量、制動系統(tǒng)、密封性能等技術(shù)攻克，電子件冗余精簡及國產(chǎn)降低成本方案，制造工藝及核心裝備開發(fā)，產(chǎn)業(yè)上下游同步工程等，仍是輪轂電機產(chǎn)業(yè)化進程需要持續(xù)解決難點。加深輪轂電機產(chǎn)業(yè)鏈的國際合作，實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)、工藝、成本等優(yōu)勢融合互補，可以提升輪轂電機產(chǎn)業(yè)化的市場前景。國家制造戰(zhàn)略政策、分布式驅(qū)動及智能汽車等技術(shù)推廣，將是促進輪轂電機產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的契機。
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輪轂電機
“輪轂電機”說白了就是將車子的“動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)”集成到一起而設計出來的電機。
輪轂電機技術(shù)并非新生事物，早在1900年，保時捷就首先制造出了前輪裝備輪轂電機的電動汽車，在20世紀70年代，這一技術(shù)在礦山運輸車等領(lǐng)域得到應用。而對于乘用車所用的輪轂電機，日系廠商對于此項技術(shù)研發(fā)開展較早，目前處于領(lǐng)先地位，包括通用、豐田在內(nèi)的國際汽車巨頭也都對該技術(shù)有所涉足。
輪轂電機的優(yōu)缺點
優(yōu)點1：省略大量傳動部件，讓車輛結(jié)構(gòu)更簡單
對于傳統(tǒng)車輛來說，離合器、變速器、傳動軸、差速器乃至分動器都是必不可少的，而這些部件不但重量不輕、讓車輛的結(jié)構(gòu)更為復雜，同時也存在需要定期維護和故障率的問題。但是輪轂電機就很好地解決了這個問題。
展開 從本田XR-V召回說“輪轂軸承”
技術(shù)及發(fā)展趨勢
1、高性能密封圈
由于輪轂軸承非常接近地面和高溫的剎車盤等零件,需要適應各種復雜路況及惡劣的行駛環(huán)境。因此軸承密封圈必須具備良好的防漏脂性能,同時還必須具有良好的耐熱、防泥漿和污水的性能。
2、搖輾技術(shù)
第三代輪轂軸承普遍采用搖輾技術(shù)自鎖半內(nèi)圈,采用搖輾技術(shù)時軸向載荷使輪轂主軸端產(chǎn)生塑性變形,從而使得輪轂主軸與半內(nèi)圈連接為一體。相對于傳統(tǒng)的螺母緊固,采用了搖輾技術(shù)的第三代輪轂軸承有助于減少體積和重量,同時降低成本,提高了輪轂軸承的可靠性。同時,在組裝到汽車時免去了調(diào)整內(nèi)部零部件位置的步驟。
量輕化小型化
第二代和第三代輪轂軸承結(jié)構(gòu)設計時都要進行有限元分析,在保證法蘭盤有足夠剛性的同時盡可能的減小其體積和重量,其中第三代輪轂軸承的剛性即輪轂法蘭盤相對外圈法蘭盤的傾斜角。通過一體化和小型化設計來減輕車軸的重量,第二代輪轂軸承比第一代減輕了180g,而第三代輪轂軸承又進一步減輕了120g的重量。
3、低摩擦力矩
降低汽車油耗重要措施就是設計低摩擦力矩的輪轂軸承,而影響軸承摩擦力矩的主要因素是軸承的類型和預緊載荷,軸承密封造成的又占摩擦力矩成分中很大比例。因此,改進密封設計降低摩擦力矩可顯著提高輪轂軸承的性能。輪轂軸承由第一代發(fā)展到最新的第四代,摩擦力矩明顯的逐步減小。
4、ABS技術(shù)
ABS是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點的汽車安全控制裝置,在汽車緊急制動時通過對車輪轉(zhuǎn)速的檢測,自動調(diào)節(jié)制動力防止車輪抱死,縮短制動距離。轉(zhuǎn)速的檢測是通過安裝在隨車輪轉(zhuǎn)動的零件上以及附近固定在車體上的磁力傳感器進行的。
帶ABS傳感器的輪轂單元分兩種情況:一種是置于輪轂內(nèi)部,而傳感器安裝在其他零件上;另一種是與傳感器一同置于輪轂內(nèi)部(稱帶傳感器輪轂單元)。
展開 輪轂電機技術(shù)詳解（圖）
但是輪轂電機就很好地解決了這個問題。除了結(jié)構(gòu)更為簡單之外，采用輪轂電機驅(qū)動的車輛可以獲得更好的空間利用率，同時傳動效率也要高出不少。 可實現(xiàn)多種復雜的驅(qū)動方式，由于每個輪胎都是單獨驅(qū)動的，非常容易實現(xiàn)四驅(qū)形式。應用輪轂電機技術(shù)甚至可以實現(xiàn)兩側(cè)車輪反轉(zhuǎn)來達到原地轉(zhuǎn)向的目的。此外，對于一些特種車輛，如車輪數(shù)量超多的“蜈蚣車”來說，輪轂電機也是非常好的解決方式。
由于輪轂電機具備單個車輪獨立驅(qū)動的特性，因此無論是前驅(qū)、后驅(qū)還是四驅(qū)形式，它都可以比較輕松地實現(xiàn)，全時四驅(qū)在輪轂電機驅(qū)動的車輛上實現(xiàn)起來非常容易。同時輪轂電機可以通過左右車輪的不同轉(zhuǎn)速甚至反轉(zhuǎn)實現(xiàn)類似履帶式車輛的差動轉(zhuǎn)向，大大減小車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向(不過此時對車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)和輪胎的磨損較大)，對于特種車輛很有價值。
便于采用多種新能源車技術(shù)，新能源車型不少都采用電驅(qū)動，因此輪轂電機驅(qū)動也就派上了大用場。無論是純電動還是燃料電池電動車，抑或是增程電動車，都可以用輪轂電機作為主要驅(qū)動力；即便是對于混合動力車型，也可以采用輪轂電機作為起步或者急加速時的助力，可謂是一機多用。同時，新能源車的很多技術(shù)，比如制動能量回收(即再生制動)也可以很輕松地在輪轂電機驅(qū)動車型上得以實現(xiàn)。輪轂電機的缺點
增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動慣量，對車輛的操控有所影響 輪轂電機要安裝在輪圈內(nèi)，這使得車輛的簧下質(zhì)量增加不利于操控。還以Protean公司生產(chǎn)的輪轂電機來看，單個電機的質(zhì)量為30kg。
對于普通民用車輛來說，常常用一些相對輕質(zhì)的材料比如鋁合金來制作懸掛的部件，以減輕簧下質(zhì)量，提升懸掛的響應速度。可是輪轂電機恰好較大幅度地增大了簧下質(zhì)量，同時也增加了輪轂的轉(zhuǎn)動慣量，這對于車輛的操控性能是不利的。不過考慮到電動車型大多限于代步而非追求動力性能，這一點尚不是最大缺陷。
展開 日本輪轂先進制造工藝解析
相信對于很多人而言，輪轂基本上只有兩種，那就是鋼制輪轂和鋁合金輪轂，而鋁合金輪轂更好。那么在鋁合金輪轂之中，是否都是一樣的？如果不是，那么哪一種才更好？更好的輪轂可以為您帶來什么好處呢？今天我們就為您淺析一下不同的鋁合金輪轂的種類，以及除鋁合金輪轂之外，是否還有更好的產(chǎn)品？
鋁合金輪轂種類
現(xiàn)在我們雖然知道了鋁合金輪轂比鋼輪轂更好，更適用于乘用車，但您知道鋁合金輪轂也有不同的種類嗎？從制造工藝上我們所見過的鋁合金輪轂基本有三種，第一種是鑄造，也就是絕大多數(shù)家用車或者部分豪華車所用。另一種是鍛造，多被用于高性能車、高級跑車，還有很多汽車輪轂改裝品牌的高端產(chǎn)品也是鍛造產(chǎn)品。除上述兩種原有的工藝之外，現(xiàn)在還有一種新的工藝形式，叫做MAT旋壓鑄造。
鑄造鋁合金輪轂
鑄造成型的鋁合金輪轂是如何生產(chǎn)的呢，簡單的說，是將被鑄造的金屬物質(zhì)加熱至液態(tài)，然后將極高溫的液態(tài)金屬倒入不同樣子的鑄模，然后再通過打磨、拋光等精加工來做出最終成品。鑄造一般分為兩種，一種是重力鑄造，另一種是低壓鑄造。重力鑄造是比較原始的鑄造工藝，就是依靠鋁水自身的重力傾注到鑄模之中，鋁水通過自身壓力充滿至整個鑄模各個角落。這種工藝的方法比較簡單而且成本也更低，但產(chǎn)品質(zhì)量可控性不高，并且容易出現(xiàn)瑕疵，在汽車輪轂制造業(yè)中幾乎已經(jīng)完全被低壓鑄造取代。
低壓鑄造顧名思義，就是將鋁水通過設備施加壓力灌注到鑄模之中，鋁水整個凝固過程都處在有一定壓力的狀態(tài)下。這樣的好處是鋁水因為壓力會產(chǎn)生更大的密度，凝固后成品的強度更高。在造型比較復雜的鑄模中也可以保證完全充滿鑄模，很多樣式比較復雜的鑄造鋁合金輪轂只能通過低壓鑄造方式制造。低壓鑄造的過程全部由機械完成，并且鑄造成型的良品率高，非常適合大批量生產(chǎn)，所以目前汽車廠商指定的鑄造鋁合金輪轂都是由這種工藝生產(chǎn)出來的。
展開 DfAM專欄 | 定制輪轂中的創(chuàng)成式設計
我國對于汽車改裝相關(guān)規(guī)定還是比較嚴格的，不過2020年實施新規(guī)中，除了一些加裝功能外設外，外觀方面車體顏色可以備案更改，同時廢止了此前輪轂樣式不能更改的規(guī)定，只要求輪轂尺寸大小、規(guī)格與登記證書保持一致。輪轂可謂汽車的“鞋子”，“鞋子”好看整臺車看上去才足夠精神，輪轂改裝成為我們?yōu)閻圮囋黾觽€性亮點的不二之選。今天我們來結(jié)合創(chuàng)成式設計方法，幫你完成輪轂個性化定制設計。
目前常用車型的輪轂多為鋁合金材質(zhì)，鋁合金輪轂從生產(chǎn)工藝上大致可分為鑄造和鍛造兩種。鑄造工藝技術(shù)相對簡單，成本比較低廉，造型相對常規(guī)，是量產(chǎn)輪轂的首選生產(chǎn)工藝。而鍛造輪轂，耐疲勞性、拉伸強度、重量等性能指標好于鑄造輪轂，其制造工藝是通過鍛造完成基礎胚體生產(chǎn)再進行機加工、切削等后續(xù)處理完成成品。個性造型自由度較高，國內(nèi)一些大型輪轂生產(chǎn)企業(yè)也接受鍛造輪轂的定制服務。雖然我們聚焦定制輪轂設計，但通過創(chuàng)成式設計方法歸納輪轂基本特征數(shù)據(jù)，生成形態(tài)樣式數(shù)字模型可以輕松涵蓋常見規(guī)格，同樣能簡化量產(chǎn)輪轂設計過程，為后續(xù)生產(chǎn)提供便利。
首先我們從常規(guī)轎車鋁合金輪轂入手，常規(guī)輪轂一般分為輪輞、輪輻和與車軸鏈接安裝盤三個主要部分。
輪轂各部分構(gòu)成
輪轂的主要參數(shù)
其中輪輞部分主要與輪胎固定，規(guī)格參數(shù)與輪胎緊密對應。我們將輪胎尺寸，輪緣寬度代號等基本信息作為參數(shù)輸入，構(gòu)建參數(shù)化輪輞模型即可得到相應輪輞選型數(shù)據(jù)模型隨時調(diào)用。
后續(xù)將輪轂安裝的偏距ET值作為參數(shù)輸入建立輪輻面。用戶可以根據(jù)自身車型實際偏距選擇適合輪轂胚體。
展開 輪轂結(jié)構(gòu)仿真CAE解決方案
1輪轂結(jié)構(gòu)仿真需求分析
a.輪轂強度/剛度分析
通過輪轂結(jié)構(gòu)的剛強度分析，可以獲得該輪轂在某工況載荷作用下，其強度/剛度是否能達到設計的性能要求。在輪轂結(jié)構(gòu)分析中會涉及非線性問題分析包含非線性接觸問題分析。
b.輪轂疲勞分析
在輪轂強度分析的基礎上，將結(jié)果輸入到疲勞分析軟件中，并在其中定義疲勞載荷譜，材料疲勞特性等數(shù)據(jù)，進行疲勞計算，獲得彎曲/徑向工況疲勞壽命。
c.輪轂顯示動力學分析
主要模擬輪轂沖擊、碰撞等瞬間發(fā)生的物理現(xiàn)象。通過輪轂沖擊的CAE仿真分析可以預測產(chǎn)品的抗沖擊性能是否滿足設計要求。
d.輪轂優(yōu)化分析
輪轂產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中不僅存在強度與剛度不足問題，也會存在剛度與強度過量問題，即某些局部結(jié)構(gòu)不必要地使用了過大的尺寸數(shù)據(jù)而導致材料浪費，重量增加，對成本、運輸和安裝都不利。
2輪轂結(jié)構(gòu)仿真CAE解決方案
a.輪轂剛強度分析
通過ansys mechanical可以有效模擬輪轂彎曲工況強度的分析，預測結(jié)構(gòu)易于損壞的關(guān)鍵部位。
b.輪轂疲勞分析
原輪轂根部最大等效應力為126.6MP；疲勞壽命系數(shù)為1.8，不能滿足設計要求；改進結(jié)構(gòu)后輪轂根部最大等效應力為64.3MP； 疲勞壽命系數(shù)滿足設計要求。
c.輪轂顯式動力學分析
通過ANSYS STR強大的顯式動力學分析功能可以快速模擬輪轂的臺架沖擊試驗，從而預測產(chǎn)品的抗沖擊性能是否滿足設計要求。
d.輪轂優(yōu)化設計分析
來源：安世亞太
展開 輪轂電機在新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)中應用剖析
“現(xiàn)在的情況是輪轂電機開發(fā)商只做電機，不做輪轂。其實輪轂可以做成風扇的形式來達到冷卻效果，如果把輪轂和電機放在一起綜合設計，有可能得到額外的冷卻效果。”連小珉說。
再來看看輪轂電機企業(yè)是怎么解決散熱問題的。
汽車輪轂的拓撲優(yōu)化設計
摘要：為了實現(xiàn)汽車鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)輕量化設計，本文以拓撲優(yōu)化方法為理論依據(jù)，結(jié)合有限元分析技術(shù)，針對特定的鋁合金輪轂結(jié)構(gòu)進行了輕量化研究。建立了以輪輻和輪轂中心區(qū)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(yōu)化，并依據(jù)優(yōu)化結(jié)果對模型進行重新設計和性能驗證。結(jié)果表明新設計的模型在滿足性能要求的前提下比優(yōu)化前減重了10%，材料性能進一步得到有效應用，輪轂結(jié)構(gòu)輕量化的目的得以實現(xiàn)。
關(guān)鍵字：拓撲優(yōu)化，鋁合金輪轂，HyperWorks
0 引言
在能源、環(huán)境和安全三大問題的迫切要求下，現(xiàn)代汽車節(jié)能降耗要求不斷高漲，安全和環(huán)保法規(guī)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(guān)系著汽車行駛的安全和舒適性，鋁合金輪轂具有諸多優(yōu)越性已經(jīng)得到廣泛應用，短時期內(nèi)很難找到替換材料，因此合理的輪轂結(jié)構(gòu)就變得尤為重要，良好的輪轂結(jié)構(gòu)具有重量輕，性能好，材料利用率高，便于加工等優(yōu)點。傳統(tǒng)的優(yōu)化是在設計經(jīng)驗的基礎上反復試驗，計算和校核，其優(yōu)化周期長，并且耗費大量的人力和物力，近幾年出現(xiàn)了采用結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化思想和有限元模擬相結(jié)合的優(yōu)化方法，能夠更科學和高效的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(chǎn)的輪轂為例，以輪輻和輪轂中心區(qū)域為設計變量，采用有限元模擬的方法對輪轂進行拓撲優(yōu)化設計，并依據(jù)最終的拓撲優(yōu)化結(jié)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(tài)力學分析，驗證了優(yōu)化結(jié)果的準確性。
1 拓撲優(yōu)化技術(shù)簡介
拓撲優(yōu)化技術(shù)能在給定的設計空間內(nèi)找出最佳的材料分布，拓撲的改進可大大改善結(jié)構(gòu)的性能和減小結(jié)構(gòu)的質(zhì)量[2]。目前連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)比較成熟的是均勻化方法、變密度方法和變厚度方法。
展開 風電輪轂力學分析APP
風電輪轂力學分析APP借助Simdriod軟件，對風力發(fā)電機組的輪轂進行強度分析，并將仿真模型和流程封裝成APP。輪轂、主軸、變槳軸、工藝口的幾何尺寸支持參數(shù)化。風電輪轂承受的3個葉片變槳軸的軸向力，參考葉片變槳軸的局部坐標系施加，軸向力大小支持參數(shù)化。
近年來，隨著環(huán)保意識的增強和可再生能源的發(fā)展，風電發(fā)電已經(jīng)成為了重要的清潔能源之一。而風力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件之一——輪轂，也成為了研究的熱點之一。為了保證風力發(fā)電機組的安全和可靠性，輪轂的強度分析顯得尤為重要。
為此，一款名為“風電輪轂力學分析APP”的軟件應運而生。這款軟件借助Simdriod軟件，能夠?qū)︼L力發(fā)電機組的輪轂進行強度分析，并將仿真模型和流程封裝成APP。同時，輪轂、主軸、變槳軸、工藝口的幾何尺寸也支持參數(shù)化，使得用戶可以自由調(diào)整這些參數(shù)，以滿足不同的需求。
在分析時，該軟件考慮了風電輪轂承受的3個葉片變槳軸的軸向力，參考葉片變槳軸的局部坐標系施加。軸向力大小也支持參數(shù)化，用戶可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。
通過這款軟件，用戶可以對風電輪轂的強度進行全面的分析，包括應力分析、變形分析等。同時，該軟件還提供了結(jié)果的可視化展示，使得結(jié)果更加直觀。
總之，隨著科技的不斷發(fā)展，越來越多的軟件工具被應用到了工程領(lǐng)域，為工程師們的工作帶來了極大的便利。而“風電輪轂力學分析APP”也正是在這樣的背景下誕生的。相信在不斷的優(yōu)化和完善之后，這款軟件將會更加成熟和實用，為風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。
在線計算APP：
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展開 GT350R的碳纖維輪轂有那些技術(shù)挑戰(zhàn)
優(yōu)越性能毫無疑問，福特Shelby GT350R Mustang擁有令人驚艷的極速，但通過將每個輪轂的重量降至鋁合金輪轂的將近一半（鋁合金輪轂為15千克，碳纖維輪轂為8千克），操控和加速性能會得到極大的改善。輪轂的大幅減重還使得轉(zhuǎn)動慣量降低40％以上，從而進一步改進加速和制動性能。降低的簧下重量同樣使得車輛懸掛系統(tǒng)能以更快速度響應路況變化。
“我們相信這一業(yè)內(nèi)首款量產(chǎn)碳纖維輪轂將給行業(yè)帶來新變化，”Adam Wirth補充道。“這是福特在性能創(chuàng)新上的又一完美范例。”(end)
汽車輪轂結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化
如圖6所示為計算結(jié)果迭代最后一步的密度云圖，圖7為中間密度值0.5時，刪除單元后的輪轂形貌。
圖6 密度云圖
圖7 優(yōu)化后輪轂形貌
從圖中可以看出，拓撲優(yōu)化結(jié)果在受力方向汽車輪轂結(jié)構(gòu)保留了較多材料，但是實際情況在汽車行駛中，輪轂是不斷轉(zhuǎn)動的，所承受的支撐反力位置是不斷變化的，因此，該拓撲優(yōu)化結(jié)果的輪轂結(jié)構(gòu)有所缺陷。
4.2.2 增加分組模式約束后的拓撲優(yōu)化計算結(jié)果
考慮到汽車行駛過程中的實際情況，輪轂是不斷轉(zhuǎn)動的，所承受的支撐反力位置是不斷變化的，因此經(jīng)過拓撲優(yōu)化后的輪轂結(jié)構(gòu)為了滿足結(jié)構(gòu)對稱性和美觀性，在拓撲優(yōu)化過程中增加對稱約束的條件，為拓撲優(yōu)化設計變量定義對稱約束。對稱約束也稱模式組（Pattern Grouping）約束，對設計空間施加對稱約束可以產(chǎn)生對稱設計。無論初始的網(wǎng)格、載荷和邊界條件如何，在拓撲優(yōu)化中加入對稱約束就可以得到實體模型的對稱結(jié)構(gòu)。
在Optistruct中拓撲優(yōu)化的Pattern Grouping下對優(yōu)化設計區(qū)域進行了模式組約束，沿圓周方向分別劃分了4份、5份和6份進行了拓撲優(yōu)化計算，當中間密度值0.5時，刪除單元后的輪轂形貌分別如下圖8、9、10所示。
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