引言
车轮是汽车的重要安全部件，对汽车的行驶安全性、平顺性和乘员舒适性有重要影响。车轮一般在随机动载荷作用下工作，造成车轮失效的主要形式为疲劳破坏。车轮在使用前必须通过多项性能试验，其中动态弯曲疲劳试验是一项重要的测试环节。文献指出，车轮的疲劳破坏主要是由弯矩作用引起，弯曲疲劳成为车轮破坏的主要原因。如果能在设计阶段预测出车轮的疲劳寿命和破坏部位，将有利于结构改进和优化设计。
近年来，铝合金车轮已经得到广泛使用，铝制车轮不仅可以提供较高的承载能力，节省能源消耗，而且还能满足外观个性化设计的要求。凭借经验的传统设计模式已经不能适应现代化的开发要求，目前已逐渐过渡到运用有限元技术的发展阶段。
本文以某款22X8.5JJ铝合金车轮为例，模拟动态弯曲疲劳试验过程，并预测车轮的疲劳寿命和破坏部位。
1车轮动态疲劳寿命预测分析过程
分析流程如图1所示，首先对车轮进行有限元静态计算，得到试验条件下一个载荷循环的结果响应，然后提取各载荷步的应力、应变作为疲劳损伤载荷。疲劳寿命分析时采用主应变准则，并考虑平均应力的影响，最后应用Miner法则对单个载荷循环造成的损伤进行累积并计算疲劳寿命。
轮胎与道路的摩擦因数
R——静载半径(汽车制造厂规定与该轮毂配用轮胎的静载半径)
h——车轮内偏距或外偏距
F——汽车制造厂规定的军轮额定负荷
S——强化试验系数
3车轮静态有限元计算
建立精确的有限元模型是分析问题的基础，直接影响计算结果的准确性。轮毂法兰盘和加载轩之间用螺栓连接，建模时用接触单元分别模拟螺栓与法兰盘、螺母与加载杆的接触面，摩擦因数取0.2;连接螺栓采用ANSYS软件提供的特殊预紧单元(PRETS179)和求解方法进行模拟。在该模型中轮毂、螺栓结构和加载杆均采用实体单元建模，其中加载杆仅起到施加弯矩的作用，采用较大的单元尺寸以减小计算量;法兰盘部位采用较密的单元划分以得到精确的计算结果，有限元模型如图3所示。
有限元分析可以了解车轮的应力分布情况，有助于对结构进行改进，提高车轮的承载能力，实现轻量化设计。对比疲劳计算结论和试验结果，说明疲劳寿命的仿真计算能够较准确地预测疲劳失效部位，可以用于产品开发阶段的疲劳损伤分析，提高产品的一次通过率，降低研发成本和缩短研发周期。
(2)利用类似分析方法，结合单位载荷下的有限元计算结果和车辆道路采谱，还可以汁算零部件在真实工作环境下的疲劳损伤，有利于改进结构设计，提高零部件的疲劳寿命。