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轮毂是汽车轮胎内用于支撑轮胎的圆柱形金属部件和固定轮胎内缘,与轮胎一起受到汽车载荷的作用。汽车在运动过程中,车轮与地面接触的相互作用力,以及使汽车运动的力矩都是靠轮毂来实现的。因此轮毂的强度大小是汽车稳定、可靠运行的重要因素。本课题主要是针对某型号的钢制轮毂的性能和设计尺寸进行了分析,并通过结构优化得到轮毂的最优尺寸。本文的主要研究内容如下:(1)根据轮毂的外型,将尽可能多的轮毂尺寸用参数的形式表示出来,建立轮毂的参数化模型,使后续的优化设计能够顺利的进行。(2)本次研究是基于有限元法在ANSYS软件中加以实现。在对轮毂进行网格划分时,采用对轮辋和轮辐部分进行分别划分,对应力较集中的区域进行优化网格。然后根据汽车轮毂的弯曲疲劳实验,将汽车轮毂的受力情况进行了软件计算,计算得出地结果与实际情况相符。(3)在对轮毂进行结构优化时,以轮毂的总重量为目标函数,选取轮毂的轮辋和轮辐的厚度为设计变量,将轮毂所受到的最大应力值作为状态变量,采用ANSYS软件中的一阶方法来进行优化。(4)以有限元分析结果为依据,对汽车轮毂进行了拓扑优化,设置了材料去除量分别为30%、40%、50%,运行迭代38次时计算收敛,得到了轮毂的拓扑优化单元图及拓扑云图,清晰的反映了轮毂材料的分布形式及位置,为汽车轮毂的造型设计方案提供了参考。(5)最后一部分是对弯曲拉压复合疲劳寿命推导出了一种新的估算方法,根据弯曲疲劳和拉压疲劳的独立作用的疲劳寿命,以第四强度理论为基础,估计出弯曲拉压复合疲劳寿命,并通过试验加以验证。本文运用有限元法,弯曲疲劳试验,优化设计理论及疲劳原理对汽车轮毂进行研究。该项研究为汽车轮毂的结构设计和性能测试具有实用意义和借鉴作用。