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汽車鋼圈是介于輪胎和車橋之間承受負(fù)荷的旋轉(zhuǎn)件，是汽車行駛系統(tǒng)中重要的安全部件。在行駛中鋼圈要承受與地面之間的所有相互作用力和力矩，強(qiáng)度失效是車輪的主要破壞形式，它對(duì)汽車的行駛安全性、穩(wěn)定性、平順性和牽引性有較大的影響。
傳統(tǒng)的汽車鋼圈的強(qiáng)度分析是基于實(shí)驗(yàn)測試而開展的，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用有限元技術(shù)能方便地解決此類難題。由于汽車鋼圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很多文獻(xiàn)認(rèn)為螺栓預(yù)緊力對(duì)汽車鋼圈的彎曲強(qiáng)度影響不大，進(jìn)行了忽略或簡化處理。這種處理方法與事實(shí)不符。利用三維CAD軟件和有限元軟件建立了較全面真實(shí)反映汽車鋼圈彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)的有限元模型，其中采用了預(yù)緊力單元與節(jié)點(diǎn)藕合相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了螺栓預(yù)緊力的目的，進(jìn)而得到了鋼圈的計(jì)算應(yīng)力分布，最后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
在工程計(jì)算中，經(jīng)常會(huì)遇到由于螺栓預(yù)緊而引起的初應(yīng)力問題，它的作用是一方面起緊固連接的作用，另一方面則可以降低試驗(yàn)的拉應(yīng)力。汽車鋼圈的動(dòng)態(tài)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)是鋼圈最重要的疲勞實(shí)驗(yàn)，其試驗(yàn)裝置按國標(biāo)GB/T5334-2005，如圖所示。鋼圈固定在工作臺(tái)上，通過電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)和鋼圈轉(zhuǎn)動(dòng)，加載軸上的法蘭通過螺栓與鋼圈相連，來傳遞加載軸末端施加的載荷。因此，螺栓預(yù)緊而引起的初應(yīng)力對(duì)鋼圈強(qiáng)度有一定的影響。
精確的有限元模型是計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。以下在深入研究ANSYS有限元仿真軟件的基礎(chǔ)上，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，考慮到各方面的影響因素，給出了如下的強(qiáng)度分析流程。應(yīng)用UG三維CAD軟件建立了鋼圈、加載桿和螺栓的三維實(shí)體模型，再將實(shí)體模型導(dǎo)入到ANSYS有限元軟件中，為了使鋼圈的復(fù)雜結(jié)構(gòu)邊界得到更好的擬合，采用了Bricknode185實(shí)體單元進(jìn)行了自適應(yīng)的網(wǎng)格劃分，得到的有限元模型。
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