一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法,属于轮毂设计技术领域，包括：使用PTC Creo仿真软件建模及评估铝合金轮毂的基准对比，得到碳纤维复合材料轮毂概念模型数据；根据铝合金轮毂造型以及碳纤维复合材料轮毂概念模型数据得到碳纤维复合材料轮毂结构模型；对碳纤维复合材料轮毂结构模型利用ANSYS软件进行有限元分析得到预测结果；通过预测结果对碳纤维复合材料轮毂结构模型进行优化设计得到最终碳纤维复合材料轮毂结构模型。本发明专利技术公开了一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法，重量减少50％以上，并且通过复合材料铺层可行性设计，提前预知整体式方案技术可行，最后经过样件试制来进行验证。

【技术实现步骤摘要】
一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法
本专利技术公开了一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法,属于轮毂设计

技术介绍
当前主流的轮毂材料选择铝合金，其中百分之八十左右的铝合金轮毂采用铸造工艺，少量高性能轮毂采用锻造工艺。另外的材料有钢、镁合金及碳纤维复合材料。碳纤维复合材料相较于铝合金轮毂重量减轻约50％左右，其优异的力学性能、耐热性及耐疲劳能力，较轻的轮毂使得汽车有更好的制动等动力学性能，性能安全性及环保性都得到提高。国外有少量整体成型碳纤维轮毂设计案例，但是国内在此块仍为空白。为填补国内现有技术的空白，从金属轮毂中分析工况及目标性能要求，解决碳纤维轮毂结构设计、有限元仿真及碳纤维增强复合材料铺层设计问题。专利采用高性能碳纤维复合材料，进行CFRP结构铺层设计、连接设计、CAE建模与仿真分析，性能验证等。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提出一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法，本专利技术设计了在原有铝合金轮毂的外形下进行复合材料优化设计，运用有限元软件，分析碳纤维轮毂的静强度及动强度，解决碳纤维零部件的结构设计优化、性能评价、连接评价等技术问题。本专利技术的技术方案如下：一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法,包括如下步骤：步骤S10，使用PTCCreo仿真软件建模及评估铝合金轮毂的基准对比，得到碳纤维复合材料轮毂概念模型数据；步骤S20，根据铝合金轮毂造型以及碳纤维复合材料轮毂概念模型数据得到碳纤维复合材料轮毂结构模型；步骤S30，对碳纤维复合材料轮毂结构模型利用ANSYS软件进行有限元分析得到预测结果；步骤S40，通过预测结果对碳纤维复合材料轮毂结构模型进行优化设计得到最终碳纤维复合材料轮毂结构模型。优选的是，所述步骤S10包括：步骤S101，获取铝合金轮毂的基准数据；步骤S102，利用使用PTCCreo仿真软件建立碳纤维复合材料模型，通过铝合金轮毂的基准数据得到碳纤维复合材料轮毂概念模型数据。优选的是，所述步骤S30包括：步骤301，根据铝合金轮毂不同的区域受力特点和碳纤维复合材料轮毂结构模型得到碳纤维复合材料轮毂铺层设计；步骤S302，将碳纤维复合材料轮毂结构模型导入Hypermesh软件中进行网格的划分；步骤S303，利用ANSYS软件进行建模对碳纤维复合材料轮毂的载荷和边界条件进行处理以及结构性能分析得到预测结果。优选的是，所述载荷和边界条件包括：过压、轴向刚度和径向刚度。优选的是，所述载荷和边界条件还包括：扭转刚度、转向疲劳和双轴疲劳载荷工况。优选的是，所述载荷和边界条件还包括：径向冲击和13度冲击。优选的是，所述步骤S40包括：步骤S401，通过预测结果得到最难达到要求的工况；步骤S402，通过所述最难达到要求的工况得到解决方案，通过所述解决方案对碳纤维复合材料轮毂结构模型进行改进得到碳纤维复合材料轮毂过程结构模型；步骤S403，对所述碳纤维复合材料轮毂过程结构模型运行最难达到要求的工况判断解决方案的有效性；步骤S404，通过所述解决方案的有效性和碳纤维复合材料轮毂过程结构模型得到最终碳纤维复合材料轮毂结构模型。优选的是，所述解决方案为2-4个，所述碳纤维复合材料轮毂过程结构模型和解决方案的有效性个数与解决方案相对应。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法，基于原铝合金轮毂进行复合材料设计，产品的性能满足相应要求的前提下，重量减少50％以上，整体式结构设计为碳纤维轮毂的设计提出参考。并且通过复合材料铺层可行性设计，提前预知整体式方案技术可行，最后经过样件试制来进行验证。附图说明图1，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法的流程图。图2，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法的流程图。图3，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂铺层截面示意图。图4，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂有限元网格模型示意图。图5，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂轴向刚度工况示意图。图6，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂径向刚度工况示意图。图7，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂扭转刚度工况示意图。图8，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂转向疲劳工况示意图。图9，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂转向疲劳工况示意图。图10，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂转向疲劳工况示意图。图11，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂双轴疲劳工况示意图。图12，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂双轴疲劳工况示意图。图13，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂径向冲击工况示意图。图14，本专利技术一种整体式碳纤维复合材料轮毂13°冲击工况示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1-2所示，本专利技术实施例提供了一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法,包括如下步骤：步骤S10，使用PTCCreo仿真软件建模及评估铝合金轮毂的基准对比，得到碳纤维复合材料轮毂概念模型数据；步骤S101，获取铝合金轮毂的基准数据。首先对金属轮毂进行一系列的刚性载荷进行分析，研究目的是评估碳纤维复合材料轮毂的设计对标金属轮毂结构性能的可行性。步骤S102，利用使用PTCCreo仿真软件建立碳纤维复合材料模型，通过铝合金轮毂的基准数据得到碳纤维复合材料轮毂概念模型数据。使用PTCCreo仿真软件建模及评估铝合金轮毂的基准，并且经过仿真分析对比复合材料模型及运算结果；使用包含载荷、约束及结果后处理的方法对碳纤维模型进行分析从而确保两组结果具有可对比性；需要计算的刚度情况有：轴向刚度(与轮辐对齐的载荷)、径向刚度和扭转刚度，头脑风暴后有四款结构方案，以下定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法,其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S10，使用PTC Creo仿真软件建模及评估铝合金轮毂的基准对比，得到碳纤维复合材料轮毂概念模型数据；/n步骤S20，根据铝合金轮毂造型以及碳纤维复合材料轮毂概念模型数据得到碳纤维复合材料轮毂结构模型；/n步骤S30，对碳纤维复合材料轮毂结构模型利用ANSYS软件进行有限元分析得到预测结果；/n步骤S40，通过预测结果对碳纤维复合材料轮毂结构模型进行优化设计得到最终碳纤维复合材料轮毂结构模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法,其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10，使用PTCCreo仿真软件建模及评估铝合金轮毂的基准对比，得到碳纤维复合材料轮毂概念模型数据；
步骤S20，根据铝合金轮毂造型以及碳纤维复合材料轮毂概念模型数据得到碳纤维复合材料轮毂结构模型；
步骤S30，对碳纤维复合材料轮毂结构模型利用ANSYS软件进行有限元分析得到预测结果；
步骤S40，通过预测结果对碳纤维复合材料轮毂结构模型进行优化设计得到最终碳纤维复合材料轮毂结构模型。


2.根据权利要求1所述的一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法，其特征在于，所述步骤S10包括：
步骤S101，获取铝合金轮毂的基准数据；
步骤S102，利用使用PTCCreo仿真软件建立碳纤维复合材料模型，通过铝合金轮毂的基准数据得到碳纤维复合材料轮毂概念模型数据。


3.根据权利要求1所述的一种整体式碳纤维复合材料轮毂的设计方法，其特征在于，所述步骤S30包括：
步骤301，根据铝合金轮毂不同的区域受力特点和碳纤维复合材料轮毂结构模型得到碳纤维复合材料轮毂铺层设计；
步骤S302，将碳纤维复合材料轮毂结构模型导入Hypermesh软件中进行网格的划分；
步骤S303，利用ANSYS软件进行建模对碳纤维复合材料轮毂的载荷和边界条件进行处理以及结构性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫佳奇，董向坤，李军，顾永涛，刘斌，刘敏，夏昌兴，张正杰，张荣学，陈长青，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22