轎車行駛時，由路面不平以及發動機、傳動系和車輪等部件引起的振動問題，激發了汽車的振動，影響著汽車行駛的平順性。通常情況下，汽車在凹凸不平的路面行駛時其振動會增大很多。路面不平引起的振動作為轎車振動的基本輸入，其頻率范圍約為0.5-25Hz。雖然轎車通過的時間很短，但會對轎車形成較大的沖擊，立刻會使乘坐的人員感覺不舒服，影響乘坐的舒適程度，嚴重時會損害乘坐人員的健康或者對運輸的貨物造成損壞。解決在隨機不平路面激勵下的振動問題，是提高汽車行駛平順性、安全性及零部件可靠性的重要基礎。本文對某型轎車車輪汽車鋼圈進行了三維建模說明，并與有限元軟ABAQUS無縫集成，進行了強度分析和模態分析。下面由汽車鋼圈生產廠家為大家講解。

1．汽車鋼圈實體模型

由于轎車汽車鋼圈的結構比較復雜，輪轂和輪輻邊上的倒角對模型動力學分析影響不大。于是，將輪轂和輪輻邊的倒角忽略掉，以減少有限元模型的規模，僅將其質量折算到相應位置。本文應用常用于汽車研究領域的三維造型軟件Pro/ENGI-NEER對某型車輪汽車鋼圈進行了三維建模，汽車鋼圈模型主要由以下三部分組成：輪輻、輪芯、輪轂。輪轂、輪輻均由優質板料沖壓而成，為提高輪輻剛性，常沖壓成起伏多變的形狀，同時為減輕重量，在汽車鋼圈上設有長弧形孔。

2．汽車鋼圈有限元模型

把Pro/ENGINEER建立的汽車鋼圈實體模型另存為x__t格式通過ABAQUS進行導入，實現Pro/ENGINEER和ABAQUS的無縫集成。汽車鋼圈材料為AM91D，彈性模量E=45Gpa，泊松比μ=0.35，許用最大彎曲應力[σ]=250Mpa。汽車鋼圈的最大外徑為406x182(mmxmm)。在螺栓孔上加Y方向和Z方向的移動約束和X方向和Z方向的轉動約束。用于一階四面體(C3D4)對汽車鋼圈模型進行離散，形成167502個單元格。

3．數據處理及結果分析

轎車汽車鋼圈的靜力特性分析：靜力分析是不考慮慣性和阻尼影響，用來計算結構受到固定不變載荷作用的應力、應變大小的。在ABAQUS中將彎矩等效化，作用在輪轂上的力的形式使它們按60。的余弦分布規律分布在輪轂面上，并利用公式將力轉換為一定面積上的壓力：

式中WO為加載到輪轂上的壓力；W為作用在輪轂上的力；b為載荷作用在輪輞上的寬度，mm;ro為載荷作用面的半徑，mm；θ0為載荷分布角。

在輪輞上加載力的余弦函數為：11.986xcos(3xarcsin(y/180.3)/2)[2]式中，y為坐標值。

轎車汽車鋼圈在彎曲載荷的作用下，輪轂內側的變形最大，最大值為0.2mm，輪輻的變形量較小，為0.04mm。在汽車鋼圈輪輻孔處的應力值最大，為81.641MPa，輪輻的壓力達到18.14MPa。

汽車鋼圈的應變和應力值均在極限值250MPa范圍內，可以滿足實際工作的要求。