本文主要对车轮造型设计及其改进设计展开论述，并运用有限元法对车轮弯曲疲劳试验进行仿真分析和车轮的模态分析，研究车轮结构在螺栓预紧力、弯矩及离心力作用下结构受力情况和车轮自由振动和约束振动的固有频率，具体内容如下:

（1）用Pro/e软件进行车轮三维模型的建立。

（2）对车轮结构弯曲疲劳试验的进行静力分析，研究试验工况下车轮结构应力分布规律及螺栓预紧力、旋转离心力和试验弯矩三种载荷对车轮结构强度的影响。

（3）对车轮进行模态分析，分析车轮的固有频率，研究车轮的是否与发动机产生共振。

（4）改进车轮的三维模型，对改进后车轮进行静力分析和模态分析，并与改进前的车轮模型进行对比。

本文是基于有限元分析的轿车铝合金车轮的设计，结合了CAD软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS，对车轮从模型的建立到结构强度及模态的分析进行了研究。研究结果如下：

（1）车轮结构的强度分析

根据车轮弯曲疲劳试验工况在ANSYS里建立起车轮的有限元模型，通过静力分析研究车轮结构强度。首先对螺栓预紧力、旋转离心力和试验弯矩单独加载，研究三种载荷各自对车轮结构强度产生的影响。分析表明螺栓预紧力在螺栓孔附近产生很大的集中应力，最大应力值为294MPa超出材料的屈服极限，使材料发生塑性变形，但螺栓预紧力对轮毂、轮辐、轮辋等部位作用效果近乎为零，对结构的疲劳性能也没明显影响;试验弯矩和旋转离心力才是影响车轮结构弯曲疲劳性能的主要因素。本设计中的试验弯矩和旋转离心力对车轮产生的最大应力分别为164MPa和6.21MPa，明显低于材料的许用应力240MPa，强度符合要求。

（2）车轮的模态分析

使用ANSYS软件建立车轮模态分析有限元模型，分析了车轮的自由振动和约束振动，得出了车轮各阶的固有频率。将车轮的固有频率和发动机的输出频率比较，车轮一阶模态固有频率为629.75Hz，而四缸汽油发动机转速区间一般为0-6000rpm，频率区间为0-200Hz,两者相差很大，说明没有共振发生，符合要求。

（3）车轮模型的改进

通过分析，发现设计的车轮应力远小于材料的许用应力，存在改进的必要。本文通过减少车轮的厚度使车轮的重量从8.99Kg下降到7.46Kg重量下降了17%。并且对改进后的车轮进行强度分析和模态分析，结果明改进后的车轮强度和固有频率均符合要求，且受力更加均匀，材料利用率得到了提高。