1. 研究目的与意义
车轮是车辆承载的重要安全部件，汽车前进的驱动力通过车轮传递，车轮的结构性能对整车的安全性和可靠行有着重要的影响。它除了受正压力外，还承受因车辆启动、制动时扭矩的交互作用，以及行驶过程中转弯、冲击等来自各个方向的不规则受力。车轮在高速旋转中，还影响车辆的平稳性、操作性等性能。作为高速旋转的载重车轮，要求它具有足够的负载能力和加速能力，良好的附着性和缓冲性能，良好的均匀性和质量平衡，较小的滚动阻力和行驶噪声，尺寸精度高，质量轻而不平衡度小，耐疲劳性好，拆装方便，互换性好，有足够的刚性和弹性。为了提高汽车轮毂的承载能力，保证客车运转的可靠性，延长适用寿命，有必要综合考虑影响汽车轮毂强度的各个因素，并将其融入到轮毂的设计中。论文要求根据轮毂的二维图纸，用CAD软件进行轮毂的三维建模，并导入ANSYS或ABAQUS或CAD软件自带的有限元分析模块（CATIA等）中进行静力强度分析，模态分析，指导改进设计，从而改善轮毂应力分布，消除应力集中，改善轮毂的应力分布，并找轮毂固有振动周期。通过此次设计，使同学综合运用四年所学知识，掌握CAE相关方面的知识，为将来从事实践工作打好基础。
2. 国内外研究现状分析
南京理工大学刑至媛在《基于有限元分析的路合金轮毂结构设计及差压铸造研究》一书中说，有限元计算结果表明，汽车铝合金轮毂在9800N载荷下的最大应力为152MPa，低于其制造材料ZL101路合金的屈服强度（205MPa）。特种车辆铝合金轮毂在127000N载荷下的最大应力小于164MPa，低于其制造材料ZL205A合金的屈服强度（255MPa）。通过有限元分析可以很快的的出两种铝合金的差别，从而更准确的选出适合实验要求的材料。
2005年燕山大学张国智在《轿车铝合金轮毂台架实验的有限元数值模拟》中以有限元分析软件 ANSYS 和三维造型软件 UG 为工具,建立了与轿车铝合金轮毂实际的弯曲疲劳试验、径向疲劳试验、冲击试验相等效的统一、规范、完善的有限元分析模型。在弯曲疲劳试验有限元数值模拟中,考虑了螺栓预紧以及各加载元件间的接触关系;在径向疲劳试验有限元数值模拟中,应用刚柔接触技术处理了驱动转鼓、轮胎间的接触关系;在冲击试验有限元数值模拟中,建立了包括冲击块、轮毂、轮胎、支撑架、橡胶垫在内的完整的有限元力学模型,模拟出了轮毂冲击瞬间的全过程,得出了冲击块在冲击瞬间的过程中的速度、位移、冲击块动能、冲击力的变化曲线以及轮毂的应力分布情况。此外,本文以典型轮毂为例进行了有限元数值模拟并进行了实验验证。 由于该有限元数值模拟力学模型的建立,可对轿车铝合金轮毂的弯曲疲劳寿命、径向疲劳寿命、冲击强度进行可靠的预测,因而可以为轮毂产品的设计开发人员提供重要的设计依据,避免了盲目的设计开发,进而缩短了开发周期,提高了产品一次通过率,大幅度降低了设计开发费用,因而对于轿车铝合金轮毂产品的前期设计开发具有重要的指导意义及应用价值。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：1.由二维图对轮毂零件进行三维建模。
2.对轮毂静态弯曲应力有限元计算。
3.对轮毂静态接触应力有限元计算。
4. 研究创新点
利用有限元分析软件对轮毂静态、动态和模态进行分析，改善轮毂应力分布，改善轮毂的应力分布，消除应力集中，达到质量轻、散热快、减震性能好，同时可以缩短开发周期，节约开发成本，避免盲目的设计开发。
