汽车钢制车轮组合焊接的残余应力场研究

作     者：代金垚 刘献栋 单颖春 姜二 DAI Jinyao;LIU Xiandong;SHAN Yingchun;JIANG Er

作者机构：北京航空航天大学交通科学与工程学院 北京航空航天大学新能源汽车高效动力传动与系统控制北京市重点实验室 兴民智通有限公司 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年第60卷第22期

页      面：291-301页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51875025) 

主　　题：汽车钢制车轮 复合热源模型 车轮组合焊接 焊接残余应力 

摘      要：车轮是汽车中承受载荷最为恶劣的部件之一，其结构安全性直接影响着汽车性行车安全，且由车轮断裂产生的交通事故时有发生。商用车钢制车轮是由预先制成的轮辐与轮辋经过盈装配、焊接而成，其焊趾部位是车轮上最易发生疲劳开裂的部位，该部位的总应力是焊接残余应力与工作应力的叠加。车轮的构型复杂且应力分布不均匀，很难通过试验方法测量车轮组合焊接残余应力分布，但为准确预测车轮应力进而进行准确的轻量化设计，需要精确预测焊接残余应力分布。为此，首先构建考虑焊接过程中金属相变的车轮热-力-相变场耦合焊接仿真模型，通过对比试验与仿真中熔池形状初步验证热源模型热量输入的准确性；接着，进一步对比分析仿真所得温度场与试验所得温度场，以验证仿真所得温度场的准确性；之后，通过盲孔法测量焊接残余应力验证了仿真方法所得残余应力场具有较高准确性，并且还发现轮辋焊趾处残余应力沿周向呈周期分布，轮辋焊趾在正对通风孔处焊接残余应力小于正对通风孔间辐板处焊接残余应力，过盈装配对轮辋焊趾处焊接残余应力无明显影响。所进行的汽车钢制车轮组合焊接残余应力场研究，有助于获得车轮在考虑焊接残余应力下的真实应力分布，进而对车轮进行更为有效的轻量化设计。