重型工程车轮径向接触压力分布模型的构建与研究

叶昊哲; 吴超华; 全勇智; 史晓亮; 罗威

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.014

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

重型工程车轮径向接触压力分布模型的构建与研究

·设计·计算· | 更新时间：2025-07-10

- 重型工程车轮径向接触压力分布模型的构建与研究
- CONSTRUCTION AND RESEARCH OF RADIAL CONTACT PRESSURE DISTRIBUTION MODEL FOR HEAVY-DUTY ENGINEERING WHEELS
- 机械强度 2025年47卷第7期页码：108-116
- 作者机构：
  
  1.武汉理工大学机电工程学院，武汉 430070
  2.柳州瑞东机械制造有限公司，柳州 545027
- 作者简介：
  
  叶昊哲，男，1999年生，安徽安庆人，硕士研究生；主要研究方向为工程车轮结构设计与优化；E-mail：332731@whut.edu.cn。
  吴超华，男，1980年生，湖北孝感人，博士，副教授，硕士研究生导师；主要研究方向为智能装备系统设计与优化、先进材料界面设计与性能调控；E-mail：wuchaohua@whut.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52375201);武汉理工大学产学研科技合作项目(20231h0544)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.014
  中图分类号： U463;TH114
- 收稿日期：2023-12-12，
  
  修回日期：2024-01-18，
  
  纸质出版日期：2025-07-15
- 稿件说明：
移动端阅览
叶昊哲，吴超华，全勇智，等. 重型工程车轮径向接触压力分布模型的构建与研究［J］. 机械强度，2025，47（7）：108-116.

YE Haozhe，WU Chaohua，QUAN Yongzhi，et al. Construction and research of radial contact pressure distribution model for heavy-duty engineering wheels［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：108-116.
叶昊哲，吴超华，全勇智，等. 重型工程车轮径向接触压力分布模型的构建与研究［J］. 机械强度，2025，47（7）：108-116. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.014.

YE Haozhe，WU Chaohua，QUAN Yongzhi，et al. Construction and research of radial contact pressure distribution model for heavy-duty engineering wheels［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：108-116. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.014.

摘要

针对重型工程车轮在径向载荷工况下有限元分析（Finite Element Analysis

FEA）的不准确问题，基于车轮-轮胎接触压力测试结果，构建了一种新的仿真分析模型。首先，测试车轮仅在充气压力工况下的应力数据，并以4阶高斯函数拟合充气压力加载模型；然后，测试车轮在充气压力和径向载荷共同作用下的应力数据，消去充气压力的影响，并以4阶傅里叶函数和4阶正弦和函数分别拟合径向载荷周向加载模型和轴向加载模型；最后，通过Ansys软件仿真验证加载模型。结果显示，与实测数据相比，关键校核点的计算误差仅为1.943%。此外，应力分布也显示出高度的一致性，证明了径向接触压力分布模型的准确性和可靠性较高。

Abstract

Aiming at the inaccuracy of the finite element analysis (FEA) of heavy-duty engineering wheels under the radial loading condition

a new simulation analysis model based on the results of wheel-tire contact pressure test was established. Firstly

a stress data corresponding to the wheel under inflation pressure condition alone undergo testing

and a loading model for inflation pressure was formulated using a Gaussian function of 4th order. Secondly

a stress data collected while the wheel experiences combined inflation pressure and radial load were analyzed. The influence of inflation pressure was isolated

allowing for the development of a circumferential loading model and an axial loading model for the radial load

using a Fourier function of 4th order and a sinusoidal function of 4th order

respectively. Finally

the validation of the loading model was conducted through Ansys simulation. The outcomes demonstrate the calculation error of mere-approximately 1.943% in relation to the measured data for the key calibration points. Additionally

the observed stress distribution manifests a remarkable degree of consistency. This substantiates the accuracy and reliability inherent in the proposed radial contact pressure distribution model.

关键词

Keywords

references

全国汽车标准化技术委员会 . 商用车车轮弯曲和径向疲劳性能要求及试验方法： GB/T 5909—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 ： 1 - 6 .

National Technical Committee of Auto Standardization . Commercial vehicles-wheels-performance requirements and test methods for cornering and radial fatigue ： GB/T 5909—2021 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2021 ： 1 - 6 . （In Chinese）

STEARNS J ， SRIVATSTAN T S ， PRAKASH A ， et al . Modeling the mechanical response of an aluminum alloy automotive rim ［J］. Materials Science and Engineering：A ， 2004 ， 366 （ 2 ）： 262 - 268 .

DAS S . Design and weight optimization of aluminum alloy wheel ［J］. International Journal of Scientific and Research Publications ， 2014 ， 4 （ 6 ）： 1 - 12 .

MEGHASHYAM P ， NAIDU S G ， BABA N S . Design and analysis of wheel rim using Catia & Ansys ［J］. International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management ， 2013 ， 2 （ 8 ）： 14 - 20 .

韦东来，崔振山 . 铝合金车轮径向疲劳试验的数值仿真［J］. 机械强度， 2008 ， 30 （ 6 ）： 998 - 1002 .

WEI Donglai ， CUI Zhenshan . Numerical simulation for radial fatigue test of an aluminum alloy wheel ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2008 ， 30 （ 6 ）： 998 - 1002 . （In Chinese）

杨云端，高旭东，王皓，等 . 车轮动态径向疲劳寿命预测［J］. 兵工自动化， 2019 ， 38 （ 10 ）： 71 - 75 .

YANG Yunduan ， GAO Xudong ， WANG Hao ， et al . Life prediction of wheel dynamic radial fatigue ［J］. Ordnance Industry Automation ， 2019 ， 38 （ 10 ）： 71 - 75 . （In Chinese）

单颖春，刘旺浩，刘献栋，等 . 汽车车轮胎唇-胎圈座间接触压力分布模型的构建［J］. 汽车工程， 2016 ， 38 （ 4 ）： 482 - 487 .

SHAN Yingchun ， LIU Wanghao ， LIU Xiandong ， et al . Modeling of the contact pressure distribution between the tire bead and bead seat of vehicle wheel ［J］. Automotive Engineering ， 2016 ， 38 （ 4 ）： 482 - 487 . （In Chinese）

王新伟，王霄锋，张小格，等 . 货车车轮结构强度分析［J］. 机械强度， 2011 ， 33 （ 5 ）： 777 - 781 .

WANG Xinwei ， WANG Xiaofeng ， ZHANG Xiaoge ， et al . Structure strength analysis of truck wheel ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2011 ， 33 （ 5 ）： 777 - 781 . （In Chinese）

覃海艺，吴会平，贾敬华，等 . 车轮径向疲劳试验的动力显式有限元算法［J］. 机械强度， 2016 ， 38 （ 3 ）： 626 - 630 .

QIN Haiyi ， WU Huiping ， JIA Jinghua ， et al . Dynamic explicit FEM in wheels radial fatigue test ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2016 ， 38 （ 3 ）： 626 - 630 . （In Chinese）

刘俊辉，刘献栋，单颖春，等 . 径向载荷下胎唇对钢制车轮胎圈座作用力分布的影响［J］. 计算机辅助工程， 2013 ， 22 （ 4 ）： 16 - 20 .

LIU Junhui ， LIU Xiandong ， SHAN Yingchun ， et al . Distribution of force between tire bead and bead seat of steel wheel under radial load ［J］. Computer Aided Engineering ， 2013 ， 22 （ 4 ）： 16 - 20 . （In Chinese）

王朝华，吴凤和，刘加亮，等 . 考虑损伤累积的铝合金轮毂疲劳寿命预测及试验研究［J］. 机械强度， 2023 ， 45 （ 4 ）： 970 - 976 .

WANG Zhaohua ， WU Fenghe ， LIU Jialiang ， et al . Fatigue life prediction and experimental study of aluminum alloy wheel hub considering damage accumulation ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 4 ）： 970 - 976 . （In Chinese）

TOPAÇ M M ， ERCAN S ， KURALAY N S . Fatigue life prediction of a heavy vehicle steel wheel under radial loads by using finite element analysis ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2012 ， 20 ： 67 - 79 .

SINGH J ， SAHA S . Static analysis of alloy wheel using Ansys 15.0 ［J］. International Journal of Research in Engineering and Technology ， 2015 ， 4 （ 7 ）： 217 - 220 .

MACHAVE G ， SAMBHAJI P S ， KATHAR R A . Study of influence of pressure and load on wheel rim by radial fatigue test ［J］. International Journal of Engineering Sciences & Research Technology ， 2015 ， 4 （ 2 ）： 298 - 303 .

DANG B ， SHAN Y C ， LIU X D ， et al . Analysis of cornering strength of steel wheels including the effects of disc and rim interference assembly ［C］// Volume 14：Design，Systems，and Complexity . American Society of Mechanical Engineers ， 2019 ， 83518 ： V014T14 A 028 .

HAWKINS G ， KUMAR V . Structural analysis of alloy wheels ［J］. Journal of Physics：Conference Series，International Conference on Future of Engineering Systems and Technologies 2019 ，Greater Noida，India. IOP Publishing Ltd.， 2020 ， 1478 （ 1 ）： 012007 .

王海春 . 基于整车平台的汽车车轮优化设计［D］. 上海：上海交通大学， 2016 ： 49 - 61 .

WANG Haichun . Automobile wheel optimal design based on vehicle platform ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiaotong University ， 2016 ： 49 - 61 . （In Chinese）

吕磊，何钢 . 基于6σ方法的铝合金车轮径向疲劳寿命可靠性分析［J］. 机械设计与制造工程， 2020 ， 49 （ 8 ）： 1 - 6 .

LÜ Lei ， HE Gang . Reliability analysis of radial fatigue life of aluminum alloy wheels based on 6σ methods ［J］. Machine Design and Manufacturing Engineering ， 2020 ， 49 （ 8 ）： 1 - 6 . （In Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

拧紧力矩对胶螺混合连接力学性能与损伤形式的影响

弧齿锥齿轮弯曲强度ISO计算标准与有限元分析

含沟槽缺陷高钢级弯管的极限承载能力研究

热力作用下铝合金结构应力及强度研究

船载大口径望远镜跟踪架的稳定性分析