一种钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力获取方法与流程

本发明涉及钢圈接触预紧力的获取，特别涉及一种钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力获取方法。

背景技术：

随着社会的发展，车辆钢圈的使用量越来越多，对其安全性的要求也越来越高。在这样的背景前提下，充分掌握钢圈的内应力是必要的，作为内应力的重要组成部分，轮辐与轮辋间接触预紧力的获取也是必不可少的。如何通过紧装配过程应力耗散系数的求解来精确计算钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力是这一研究领域存在的共性问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的是提供一种钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力获取方法，该方法检测精度高。

技术方案：本发明提供一种钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力获取方法，包括如下步骤：

s1.轮辐与轮辋间接触区域最易破坏位置的确定：

首先，将钢圈的有限元分析模型导入到有限元分析软件中，对钢圈的有限元分析模型划分好网格，然后对钢圈的有限元分析模型实际工况载荷及约束条件的应力情况进行分析，提取轮辐与轮辋间接触区域中最易发生破坏的位置；

s2.轮辐毛坯变形残余应力的测量：

对未装配前冲压制造完毕的钢圈轮辐进行残余应力测试，通过残余应力测量仪对s1中确定的轮辐最易破坏位置的残余应力进行测量，以确定轮辐毛胚冲压变形后的残余应力分布及最大残余应力值σrmax；

s3.轮辐与轮辋间紧装配过程的应力确定：

在有限元分析软件中导入轮辐的模型，采用自定义方式划分网格，施加变形约束使得轮辐接合装配的直径与轮辋的内径尺寸相同，从而模拟实际加工过程中通过敲击使得轮辐与轮辋间完成紧装配的过程；根据s1中确定的最易发生破坏位置，提取轮辐与轮辋间紧装配过程的应力分布及最大紧装配应力值jmax；

s4.装配后轮辐变形残余应力的测量：

对装配完毕后的钢圈轮辐进行残余应力测试，沿钢圈的内径方向对s1中确定的轮辐与轮辋间接触区域中最易发生破坏位置的残余应力进行测量，以确定装配完成后轮辐变形的残余应力分布及最大残余应力值zmax；

s5.紧装配过程应力耗散系数的求解：

将s3中求解的轮辐与轮辋间最大装配应力jmax与s4中求解的装配后轮辐变形的最大残余应力值zmax代入下式对紧装配过程的应力耗散系数h进行求解

其中，jmax为轮辐与轮辋间最大紧装配应力值；zmax为装配后轮辐变形的最大残余应力值；α为x射线的晶向适配系数；β为钢圈有限元分析过程的应力误差区间，取值区间为0.015-0.15；

s6.钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力的计算：

将s2中求解的轮辐毛坯冲压变形后的最大残余应力值σrmax与s3中求解的轮辐与轮辋间最大装配应力jmax与s4中求解的装配后轮辐变形的最大残余应力值zmax及s5中求解的紧装配过程的应力耗散系数h代入下式，对钢圈轮辐与轮辋间的最大残余预紧力crmax进行求解；

crmax＝73.7％(h·σrmax)+19.2％jmax-2.1％zmax

其中，crmax为钢圈轮辐与轮辋间的最大残余预紧力；h为紧装配过程的应力耗散系数；σrmax为轮辐毛胚冲压变形后的最大残余应力值；jmax为轮辐与轮辋间最大装配应力；zmax为装配后轮辐变形的最大残余应力值。

有益效果：本发明可以实现钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力的获取，通过紧装配过程应力耗散系数的求解来精确计算钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力，有利于钢圈强度分析过程中全应力变化过程的掌握，从而更有效地提高大型钢圈安全性评估的精度。

附图说明

图1为本发明中钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力获取方法流程框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例基于一种钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力获取方法，该方法包括以下步骤：

s1.轮辐与轮辋间接触区域最易破坏位置的确定：

首先，将钢圈的有限元分析模型导入到ansys有限元分析软件中，对其划分好网格，然后对其实际工况载荷及约束条件的应力情况进行分析，提取轮辐与轮辋间接触区域中最易发生破坏的位置。

s2.轮辐毛坯变形残余应力的测量：

对未装配前冲压制造完毕的钢圈轮辐进行残余应力测试，通过x射线残余应力测量仪对s1中确定的轮辐最易破坏位置的残余应力进行测量，以确定轮辐毛胚冲压变形后的残余应力分布及最大残余应力值σrmax。

s3.轮辐与轮辋间紧装配过程的应力确定：

在有限元分析软件ansys中导入轮辐的模型，采用自定义方式划分网格，施加变形约束使得轮辐接合装配的直径与轮辋的内径尺寸相同，从而模拟实际加工过程中通过敲击使得轮辐与轮辋间完成紧装配的过程。根据s1中确定的最易破坏位置，提取轮辐与轮辋间紧装配过程的应力分布及最大紧装配应力值jmax。

s4.装配后轮辐变形残余应力的测量：

对装配完毕后的钢圈轮辐进行残余应力测试，沿钢圈的内径方向对s1中确定的轮辐与轮辋间接触区域中最易发生破坏位置的残余应力进行测量，以确定装配完成后轮辐变形的残余应力分布及最大残余应力值zmax。

s5.紧装配过程应力耗散系数的求解：

将s3中求解的轮辐与轮辋间最大装配应力jmax与s4中求解的装配后轮辐变形的最大残余应力值zmax代入下式对紧装配过程的应力耗散系数h进行求解

其中，jmax为轮辐与轮辋间最大紧装配应力值；zmax为装配后轮辐变形的最大残余应力值；α为x射线的晶向适配系数，取值0.75；β为钢圈有限元分析过程的应力误差区间，取值区间为0.015-0.15，常取值为0.05。

s6.钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力的计算：

将s2中求解的轮辐毛坯冲压变形后的最大残余应力值σrmax与s3中求解的轮辐与轮辋间最大装配应力jmax与s4中求解的装配后轮辐变形的最大残余应力值zmax及s5中求解的紧装配过程的应力耗散系数h代入下式，对钢圈轮辐与轮辋间的最大残余预紧力crmax进行求解。

crmax＝73.7％(h·σrmax)+19.2％jmax-2.1％zmax(2)

其中，crmax为钢圈轮辐与轮辋间的最大残余预紧力；h为紧装配过程的应力耗散系数；σrmax为轮辐毛胚冲压变形后的最大残余应力值；jmax为轮辐与轮辋间最大装配应力；zmax为装配后轮辐变形的最大残余应力值。

技术特征：

1.一种钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1.轮辐与轮辋间接触区域最易破坏位置的确定：

首先，将钢圈的有限元分析模型导入到有限元分析软件中，对钢圈的有限元分析模型划分好网格，然后对钢圈的有限元分析模型实际工况载荷及约束条件的应力情况进行分析，提取轮辐与轮辋间接触区域中最易发生破坏的位置；

s2.轮辐毛坯变形残余应力的测量：

对未装配前冲压制造完毕的钢圈轮辐进行残余应力测试，通过残余应力测量仪对s1中确定的轮辐最易发生破坏位置的残余应力进行测量，以确定轮辐毛胚冲压变形后的残余应力分布及最大残余应力值σrmax；

s3.轮辐与轮辋间紧装配过程的应力确定：

在有限元分析软件中导入轮辐的模型，采用自定义方式划分网格，施加变形约束使得轮辐接合装配的直径与轮辋的内径尺寸相同，从而模拟实际加工过程中通过敲击使得轮辐与轮辋间完成紧装配的过程；根据s1中确定的最易破坏位置，提取轮辐与轮辋间紧装配过程的应力分布及最大紧装配应力值jmax；

s4.装配后轮辐变形残余应力的测量：

对装配完毕后的钢圈轮辐进行残余应力测试，沿钢圈的内径方向对s1中确定的轮辐与轮辋间接触区域中最易发生破坏位置的残余应力进行测量，以确定装配完成后轮辐变形的残余应力分布及最大残余应力值zmax；

s5.紧装配过程应力耗散系数的求解：

将s3中求解的轮辐与轮辋间最大装配应力jmax与s4中求解的装配后轮辐变形的最大残余应力值zmax代入下式对紧装配过程的应力耗散系数h进行求解

其中，jmax为轮辐与轮辋间最大紧装配应力值；zmax为装配后轮辐变形的最大残余应力值；α为x射线的晶向适配系数；β为钢圈有限元分析过程的应力误差区间，取值区间为0.015-0.15；

s6.钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力的计算：

将s2中求解的轮辐毛坯冲压变形后的最大残余应力值σrmax与s3中求解的轮辐与轮辋间最大装配应力jmax与s4中求解的装配后轮辐变形的最大残余应力值zmax及s5中求解的紧装配过程的应力耗散系数h代入下式，对钢圈轮辐与轮辋间的最大残余预紧力crmax进行求解；

crmax＝73.7％(h·σrmax)+19.2％jmax-2.1％zmax

其中，crmax为钢圈轮辐与轮辋间的最大残余预紧力；h为紧装配过程的应力耗散系数；σrmax为轮辐毛胚冲压变形后的最大残余应力值；jmax为轮辐与轮辋间最大装配应力；zmax为装配后轮辐变形的最大残余应力值。

2.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于：所述残余应力测量仪为x射线残余应力测量仪。

3.根据权利要求2所述的获取方法，其特征在于：s5中，α的取值为0.75。

4.根据权利要求3所述的获取方法，其特征在于：s5中，β的取值为0.05。

5.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于：所述有限元分析软件为ansys有限元分析软件。

技术总结
本发明公开了一种钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力获取方法，该方法包括如下步骤：S1.轮辐与轮辋接触区域最易破坏位置的确定；S2.轮辐毛坯变形残余应力的测量；S3.轮辐与轮辋间紧装配过程的应力确定；S4.装配后轮辐变形残余应力的测量；S5.紧装配过程应力耗散系数的求解；S6.钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力的计算。该方法检测精度高，对于实现钢圈轮辐与轮辋间残余预紧力的实时评估具有重要的现实意义。

技术研发人员：朱林;王鹏;邱建春;吴多利;郭广明;边义祥;孙进
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2020.02.11
技术公布日：2020.06.19