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车轮疲劳分析：复杂分析流程

TodayCAEer

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车轮是车辆运行中承受复杂交变载荷的关键部件。与传统疲劳分析不同，车轮的疲劳循环不仅由载荷变化产生，还由车轮自身的旋转引起。如何将旋转效应与时变载荷同时纳入疲劳分析？DesignLife 提供了一个优雅的解决方案。

在本节中，我们将使用一个预定义的 DesignLife 流程，对车轮进行多载荷工况下的疲劳评估。该流程利用 Rotational_Loads SuperGlyph 将旋转载荷与时变载荷组合，并通过 E-N 分析引擎计算疲劳寿命。

示例文件准备

文件位于 nCode 安装目录下的 \demo\designlife\08_Wheel\ 文件夹中：

• wheel_force_transducer.flo — 预定义流程文件

• wheel_force_transducer.s3t — 三通道二进制时间序列文件

• wheel5.op2 — NASTRAN 结果文件

设计问题分析

本示例与传统疲劳分析的关键区别在于：循环次数由车轮旋转产生，而非仅由载荷变化决定。传统方法通常施加一系列恒定稳态载荷的块载荷，同时让车轮旋转指定距离。然而实际中，施加的载荷也会随时间变化。本示例将旋转效应和时变载荷两个因素组合到单一分析中。

效率优化提示

分析仅对车轮的一个 36 度扇形段进行，这是提高效率的常见做法。此假设要求施加载荷相对于车轮旋转变化非常缓慢，且几何对称性能够支持这一简化。当使用变幅载荷历程时，则需要分析整个车轮。

定义分析流程

步骤1　打开 wheel_force_transducer.flo 加载预定义流程。

步骤2　将载荷时间历程 wheel_force_transducer.s3t 拖到名为 Wheel_forces 的 glyph 上。勾选 Display 查看时间历程。通道 1 为垂直轮力，通道 101 和 102 为来自轮力传感器的正弦和余弦信号，用于确定车轮的旋转位置。

步骤3　将 FE 结果文件 wheel5.op2 拖到 FEInput1 glyph 上，勾选 Display 查看模型。

步骤4　右键点击显示窗口选择 Properties，在 FE Display > Groups 中将 Group Type 设为 Property。该结果文件仅包含 SOLID_2 组（36 度扇形段）的应力。取消选中 SOLID_1，点击 OK。

步骤5　在 Properties 窗口中选择 FE Display > Results Legend，打开 Result Case 列表。该文件包含 21 个载荷工况：工况 1-20 为以 18 度增量施加的径向轮载（模拟车轮旋转），工况 21 为轮胎压力载荷。选择 Load Case 1 进行查看。

步骤6　在 ENAnalysis1 glyph 上使用 Edit Load Mapping 功能分配载荷历程。系统会提示运行流程到该点以填充管道，点击 Yes。

Auto-Configure 已选中，自动将 FE 载荷工况与可用时间序列配对。时间序列已在 Rotational Loads SuperGlyph 中排序以匹配 FE 分析模型的载荷工况顺序。点击 OK 接受载荷映射。

步骤7　选择 Edit Material Mapping 功能。在 Select material to assign 区域中选择 6061-T6_80_HF（铝合金），同时选中 Default Material，点击向上箭头分配材料，点击 OK。

运行分析流程

步骤1　点击 Run 按钮运行分析。运行过程中，EN Analysis glyph 上会显示运行编号、分析编号和实体信息。

步骤2　分析完成后查看结果。注意即使只有 36 度扇形段有应力，整个车轮仍会显示。

步骤3　在 FEDisplay1 窗口中右键选择 Properties，在 Groups 中取消选中 SOLID_1，仅显示分析的 36 度扇形段。在 Results Legend 中将 Result Type 设为 Life 查看寿命云图。

Rotational_Loads SuperGlyph 解析

Rotational_Loads SuperGlyph 将输入输出 glyph、两个时间序列计算器 glyph 和一个信号分离器 glyph 封装为单一 glyph，简化了流程并支持复用。

SGInput1 glyph 输入三通道时间历程：垂直载荷通道、正弦信号通道和余弦信号通道。第一个时间序列计算器 TSCalculator1 利用正弦和余弦创建第四个通道，指定车轮旋转位置（角度）。第二个计算器 TSCalculator2 处理四个通道，利用垂直载荷通道和计算的车轮位置通道创建 20 个附加通道。