CN112051042A - 一种轮毂挤压试验装置以及轮毂挤压仿真分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轮毂挤压试验装置，其包括：顶箱、底座、液压缸、输出杆、导杆、滑块、加载装置、第二固定组件、平衡装置和限位座。其中，加载装置包括压头和第一固定组件；平衡装置包括平衡杆、套设于平衡杆上的固定圆盘以及与平衡杆的两端分别连接的平衡限位板；其中，第一固定组件和第二固定组件用以阻止试验轮毂在沿其厚度方向上的水平位移，同时允许试验轮毂绕着X轴在一角度范围内转动，X轴方向与表征试验轮毂的厚度方向的Y轴相垂直；试验轮毂在厚度方向上中心线、压头左侧端面线均与连接杆的中心线共线；平衡装置与试验轮毂组成的共同体的中线落在固定圆盘与试验轮毂的连接面上。此外，本发明还公开了上述装置的轮毂挤压仿真分析方法。

Description

一种轮毂挤压试验装置以及轮毂挤压仿真分析方法
技术领域
本发明涉及一种试验装置以及轮毂挤压仿真分析方法，尤其涉及一种挤压试验装置以及轮毂挤压仿真分析方法。
背景技术
为满足国内日益严苛的汽车碰撞安全要求，提高车辆的安全性能，各车企主机厂在新车型开发时需要考虑更为苛刻地碰撞试验工况。在碰撞试验中，正面25％偏置碰撞试验则是其中最为苛刻的正面碰撞试验之一。
在正面25％偏置碰撞试验中，车辆与刚性壁障仅有25％的重叠量，车辆需要以64km/h的速度撞击固定的刚性壁障。由于车辆和壁障间的碰撞重叠量仅为25％，导致车身上抵抗外力的重要零件如车辆前保险杠以及车身前纵梁基本不能起到保护作用，刚性壁障会直接撞击到轮胎，通过轮胎将碰撞力传递到车身，同时轮毂在碰撞过程中自身也会发生破坏变形，导致通过轮毂传递到车身的外力相对复杂。在一些较苛刻的情况下，轮毂会将较大的外力传递到车身，从而导致碰撞后车身变形较大，最终导致车内乘员受到较大损伤。
由此可见，轮毂在正面25％偏置碰撞试验中影响较大，因此为了能在正面25％偏置碰撞试验中获得较好地碰撞性能，最大程度地保护车内乘员，众多汽车工程技术研究人员已经对轮毂在碰撞过程中的力学性能以及变形行为进行大量且深入的分析和研究。
研究表明，直接通过正面25％偏置碰撞试验对轮毂力学性能进行研究存在很多问题。例如：不能准确地获得轮毂的力学性能及失效模式，往往只能通过主观观察来评判；同时由于同款车型有多款轮毂造型，进行整车试验的成本巨大，周期较长。
基于次，为了克服上述缺陷，本发明提出一种轮毂挤压试验装置以及新的轮毂挤压仿真分析方法，其通过进行轮毂挤压试验，结合有限元仿真分析，可以将整车高速碰撞中对轮毂力学性能研究的问题转移到相对更加易于操作且简便的轮毂挤压试验中，通过大量的有限元分析和一定的轮毂试验，最终得到满足正面25％偏置碰撞试验要求的轮毂力学性能限值要求。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种轮毂挤压试验装置，该轮毂挤压试验装置能够对汽车轮毂进行准静态挤压试验，并通过采集力-位移曲线和录制高清摄像等，获取试验轮毂的力学性能，从而可以有效预测对应的试验轮毂在正面25％偏置碰撞中的轮毂受力和失效情况，有利于节约样车成本，大大提高汽车的研发效率。
为了实现上述目的，本发明提出了一种轮毂挤压试验装置，其包括：
顶箱和底座；
液压缸，其设于所述顶箱上；
输出杆，其与所述液压缸连接；
导杆，其竖直地设于所述顶箱和底座之间；
滑块，其套设于所述导杆上，所述滑块与所述输出杆固定连接，以在输出杆的带动下沿着导杆的长度方向上下移动；
加载装置，其通过连接杆与所述滑块连接，用以向设于其下方的试验轮毂施加向下的加载力，所述加载装置包括压头和第一固定组件；
第二固定组件，其设于所述底座上；
平衡装置，其包括平衡杆、套设于所述平衡杆上的固定圆盘以及与平衡杆的两端分别连接的平衡限位板，其中所述平衡杆与所述试验轮毂的轴心共轴设置，所述固定圆盘与试验轮毂固定连接；
限位座，其设于所述平衡杆的两侧，所述限位座内设有容置槽，以使各平衡限位板分别对应设于各容置槽内；
其中第一固定组件和第二固定组件用以阻止试验轮毂在沿其厚度方向上的水平位移，同时允许试验轮毂绕着X轴在一角度范围内转动，所述X轴的方向与表征试验轮毂的厚度方向的Y轴相垂直；
其中，所述试验轮毂在厚度方向上的中心线、所述压头的左侧端面线均与所述连接杆的中心线共线；
其中，所述平衡装置与试验轮毂组成的共同体的中线落于固定圆盘与试验轮毂的连接面上。
在本发明的上述技术方案中，本发明所述的轮毂挤压试验装置能够对汽车的轮毂进行准静态挤压试验，并通过采集力-位移曲线和录制高清图像等方式，获取试验轮毂的力学性能，从而有效预测对应试验轮毂在正面25％偏置碰撞中的轮毂受力和失效情况，试验过程操作简单方便，试验结果稳定且具有可重复性。
需要说明的是，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，加载装置、第二固定组件、平衡装置和限位座，可以有效约束试验轮毂的自由度，其通过试验轮毂自由度的约束设置，能最大程度地模拟正面25％偏置碰撞试验中的轮毂受力状态。
进一步地，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，上述加载装置还包括：
顶板，其与所述连接杆固定连接；
压头水平调节板，其设于所述压头和顶板之间，以调节顶板和压头之间的在竖直方向上的间距。
进一步地，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，上述第一固定组件包括：
左上固定板，其通过螺栓与顶板固定连接，所述左上固定板上开设有沿着试验轮毂厚度方向延伸的长腰孔，用以调节左上固定板的右端面与试验轮毂的左侧端面之间的间距；
右上固定板，其与所述压头固定连接；
压头垂直调节板，其与所述右上固定板连接；
压头垂直固定板，其与所述压头垂直调节板连接；
其中调节所述压头垂直调节板以使压头垂直固定板的左侧面与试验轮毂的右侧端面贴合。
进一步地，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，上述第二固定组件包括：
底板，其固定设于所述底座上；
左下固定板，其通过螺栓固定设于所述底板上，所述左下固定板上开设有沿着试验轮毂厚度方向延伸的长腰孔，用以使得左下固定板的右端面与试验轮毂的左侧端面贴合；
右下固定板，其通过螺栓固定设于所述底板上，所述右下固定板上开设有沿着试验轮毂厚度方向延伸的长腰孔，用以调节右下固定板的左端面与试验轮毂的右侧端面之间的间距。
进一步地，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，左上固定板、右上固定板、左下固定板、右下固定板和平衡限位板的至少其中之一上具有镂空部。
在上述技术方案中，本发明所述的轮毂挤压试验装置中的左上固定板、右上固定板、左下固定板、右下固定板和平衡限位板的板块上可以通过镂空的方式具有镂空部，这样的设置可以去除多余的材料，从而实现减重的效果和节约制造成本。当然，本发明所述的限位座也可以具有镂空部，同样能够实现上述有益效果。
进一步地，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，所述压头的下方设有圆弧倒角。
进一步地，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，还包括图像采集装置，其在加载装置向试验轮毂施加加载力的过程中，采集试验轮毂的轮辋面的侧面和轮辐面的正面的图像。
在上述技术方案中，本发明所述的轮毂挤压试验装置中，还可以包括图像采集装置，图像采集装置可以有效录制试验轮毂的挤压过程，采集试验试验轮毂的轮辋面的侧面和轮辐面的正面的图像。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种轮毂挤压仿真分析方法，采用本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法，能够有效建立轮毂挤压的有限元仿真模型，其可以利用碰撞分析商业软件中的显式求解器进行求解计算，获得计算结果文件，利用CAE后处理软件读取计算结果文件，可得到加载装置的力-位移曲线和试验轮毂在挤压过程中每一个时刻的变形情况、轮辋和轮辐的断裂时刻及轮毂断裂失效形态。
为了实现上述目的，本发明提出了一种基于上述的轮毂挤压试验装置的轮毂挤压仿真分析方法，其包括步骤：
步骤100：建立试验轮毂、加载装置、平衡装置、限位座和第二固定组件的CAD和/或CAE模型；
步骤200：基于试验轮毂、加载装置、平衡装置、限位座和第二固定组件的CAD和/或CAE模型，对其进行网格划分；
步骤300：在有限元仿真模型中定义加载装置、试验轮毂、平衡装置、限位座和第二固定组件的仿真接触；并且在有限元仿真模型中定义试验轮毂的材料属性以及定义Johnson-Cook失效法则；
步骤400：进行试验轮毂的轴心定位，并基于上述的轮毂挤压试验装置完成试验轮毂、加载装置、平衡装置、限位座和第二固定组件的组装；
步骤500：利用有限元软件计算试验轮毂的有限元仿真模型的重量和中心位置，以使得试验轮毂的有限元仿真模型的重量值与重心位置与实际试验轮毂的重量和中心位置一致；计算平衡装置的有限元仿真模型的重量和重心位置，以使得平衡装置的有限元仿真模型的重量和重心位置与实际平衡装置的重量和重心位置一致；
步骤600：分析定位后的试验轮毂和平衡装置构成的有限元仿真模型共同体，通过调节平衡限位板的位置，使得所述共同体的重心刚好落于固定圆盘与试验轮毂的连接面上；
步骤700：在有限元仿真模型中约束和加载边界条件，将加载装置设定为竖直向下的恒定加载速度；定义有限元计算时间和真实速度缩放系数，以模拟实际试验的准静态加载速度；
步骤800：定义输出为试验轮毂与加载装置的压头之间的接触输出力；进行求解后输出结果文件。
在本发明所述的技术方案中，在步骤300中，有限元仿真模型采用了Johnson-Cook失效法则来定义试验轮毂的材料属性。该法则是一个能反映应变率强化效应和温升软化效应的理想刚塑性强化模型。采用该失效法则，能够模拟试验轮毂在挤压仿真中的压溃失效，从而反应真实的试验状况。
进一步地，在本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法中，在步骤200中，采用壳单元对加载装置、限位座和第二固定组件进行网格划分；采用四面体单元对试验轮毂的轮辐进行网格划分，采用六面体单元对试验轮毂的轮辋进行网格划分；采用六面体的体单元对平衡装置进行网格划分。
进一步地，在本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法中，所述输出结果文件为DSY文件和THP文件；所述轮毂挤压仿真分析方法还包括步骤900：对所述DSY文件进行读取，以获得试验轮毂在挤压过程中每一个时刻的变形情况、轮辋和轮辐的断裂时刻及轮毂断裂失效形态；对所述THP文件进行读取，以得到试验轮毂在挤压过程中的抗挤压力和挤压位移曲线。
本发明所述的轮毂挤压试验装置以及轮毂挤压仿真分析方法相较于现有技术具有如下所述的优点和有益效果：
本发明所述的轮毂挤压试验装置能够对汽车轮毂进行准静态挤压试验，并通过采集力-位移曲线和录制高清图像的方式，获取试验轮毂的力学性能，从而可以有效预测对应的试验轮毂在正面25％偏置碰撞中的轮毂受力和失效情况，有利于节约样车成本，大大提高汽车的研发效率。
本发明所述的轮毂挤压试验装置，其试验过程操作简单方便，试验结果稳定且具有可重复性，试验结果准确，试验获得的结果可以评估对应试验轮毂的针对正面25％偏置碰撞试验要求的轮毂力学性能。
相应地，本发明所述的本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法，能够有效建立轮毂挤压的有限元仿真模型，其可以利用碰撞分析商业软件中的显式求解器进行求解计算，获得计算结果文件，利用CAE后处理软件读取计算结果文件，可得到加载装置的力-位移曲线和试验轮毂在挤压过程中每一个时刻的变形情况、轮辋和轮辐的断裂时刻及轮毂断裂失效形态。
此外，需要注意的是，基于本发明上述的轮毂挤压试验装置及轮毂挤压仿真分析方法，可以在汽车车型开发过程中，建立对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，以建立该车型满足正面25％偏置碰撞要求的轮毂力学性能评价方法，从而能够对试验轮毂的力学性能进行评价，快速有效的开发出满足正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限制要求的轮毂。
附图说明
图1为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的结构示意图。
图2示意性地显示了图1所述的轮毂挤压试验装置的试验原理图。
图3为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的加载装置和连接杆在一种视角下的装配示意图。
图4为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的加载装置和连接杆在另一种视角下的装配示意图。
图5为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的一种视角下的部分结构示意图。
图6为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的另一种视角下的部分结构示意图。
图7为图5所示装置的结构正视图。
图8为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的平衡装置的结构示意图。
图9为图8所示平衡装置的A-A剖视图。
图10为图8所示平衡装置的B-B剖视图。
图11为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的左上固定板的结构示意图。
图12为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的右上固定板的结构示意图，
图13为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的左下固定板的结构示意图。
图14为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的右下固定板的结构示意图。
图15显示了本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法在一种实施方式下的轮毂挤压仿真分析模型示意图。
图16示意性地显示了试验轮毂力学性能限值要求的标定流程图。
图17显示了试验轮毂在不同受力情况下的挤压方向示意图。
图18示意性地显示了图17所示试验轮毂在不同受力情况下的轮毂挤压试验的力-位移曲线图。
图19示意性地显示了一种满足正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限制要求的轮毂开发方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的轮毂挤压试验装置以及轮毂挤压仿真分析方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
图1为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的结构示意图。
如图1所示，在本实施方式中，本发明所述的轮毂挤压试验装置可以包括：顶箱5、底座3、液压缸4、输出杆6、导杆7、滑块8、加载装置2、第二固定组件11、平衡装置9和限位座10。
其中，顶箱5上设置着液压缸4，液压缸4与输出杆6连接，液压缸4可以输出动力以使输出杆6运动。导杆7竖直地设置于顶箱5和底座3之间，导杆7上套设有滑块8，且滑块8与输出杆6固定连接，在输出杆6的带动下，滑块8能够沿着导杆7的长度方向上下移动。相应地，加载装置2能够通过连接杆12与滑块8连接，其可以随着滑块8沿着导杆7的长度方向上下移动，用以向设于其下方的试验轮毂1施加向下的加载力。
继续参考图1，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，试验轮毂1安装设置在第二固定组件11上，其中，第二固定组件11和限位座10均设于底座3上。在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，加载装置2、第二固定组件11、平衡装置9和限位座10，可以有效配合约束试验轮毂1的自由度。
需要注意的是，在本实施方式中，本发明所述的轮毂挤压试验装置中设有四根导杆7，四根导杆7的一端与底座3上表面的四个角的位置分别垂直固定，其另一端与水平状态的顶箱5的下表面的四个角的位置固定。相应地，滑块8四个角的位置开设有导杆7长度方向上的穿孔(图中未示出)，穿孔的直径需要略大于导杆7的直径，以便于滑块8四个角的穿孔能套设入四根导杆7中，且滑块8能够水平放置。在本发明中，液压缸4垂直固定在顶箱5的中间，输出杆6套入液压缸4中，滑块8上表面的中心与输出杆6的下端连接，滑块8的下表面中心通过连接杆12和本发明所述的加载装置2连接。
在试验过程中，当液压缸4启动时，液压缸4可以输出动力给输出杆6，滑块8在输出杆6的带动下能够沿着导杆7的长度方向竖直向下移动，从而带动加载装置2，匀速竖直往下运动，以恒定的速度对试验轮毂1进行挤压。
需要说明的是，在本实施方式中，本发明所述的轮毂挤压试验装置中的液压缸4不仅需要满足一定的规格，其还可以采集输出力-位移曲线，并能保存为电子文本格式文件，保存到计算机中。
此外，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，还可以设置有图像采集装置(图中未示出)。图像采集装置能够在加载装置2向试验轮毂1施加加载力的过程中，采集试验轮毂1的轮辋面的侧面和轮辐面的正面的图像。其中，试验轮毂1的轮辐101和轮辋102可以结合参考图2。
图2示意性地显示了图1所述的轮毂挤压试验装置的试验原理图。
如图2所示，建立XYZ三维坐标系，其中，Y轴表征试验轮毂的厚度方向，X轴的方向与Y轴相垂直，Z轴表示高度方向。在XYZ三维坐标系统中，将试验轮毂1放置在底座3上面，试验轮毂1包括轮辐101和轮辋102。其中，试验轮毂1的轮辐101平面置于竖直姿态(与XZ平面平行)，底座3受到6个自由度的完全约束，其可以对试验轮毂1施加适当的约束，使试验轮毂1在X轴平移、Y轴平移、Y轴旋转、Z轴旋转这四个自由度受约束，在Z轴方向上受到加载装置2的挤压和底座3的支撑，试验轮毂1在X轴旋转自由度处于自由状态。
试验轮毂1的约束形式设计目的是：模拟正面25％偏置碰撞试验中的轮毂受力状态。
在正面25％偏置碰撞过程中，试验轮毂1受到地面、临近其他车辆部件(包括但不限于车辆悬架部件、防撞横梁、车身等)、壁障等物体的空间限制，不会出现六个自由度的自由运动，而是在上述的四个自由度上受到限制，最终出现类似在如图2所示的Z轴方向被压溃，同时X轴方向上发生旋转的现象。
需要说明的是，本发明试验轮毂1的约束形式较为贴近正面25％偏置碰撞中的轮毂运动约束状态，并且增加了试验稳定性，可以大幅减弱了轮毂失效过程中的不确定因素影响，提升了试验精度，有利于提升试验结果的易测量性及可用性，保证了试验的可重复性。
继续参阅图2，需要说明的是，在试验轮毂1的底部(负Z轴方向)布置与XY平面平行的固定刚性平面，试验轮毂1置于其上；试验轮毂1的顶部(正Z轴方向)设置有加载装置2。在进行试验时，受持续驱动力驱动，方向向下(负Z轴方向)的及压力F可以持续、稳定地挤压试验轮毂1，直至试验轮毂1的轮辋102、轮辐101被压溃或失效，并同时采集过程中的试验数据，例如：加载装置2的力-位移曲线、试验高清摄像等。
需要注意的是，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，加载装置2在X轴方向连续平直，而在Z轴方向上，其结构具有一定的高度落差。在靠近试验轮毂1的轮辋102的一侧，加载装置2的挤压平面较低(Z轴坐标相对较小)，在靠近试验轮毂1的轮辐101的一侧，加载装置2的挤压平面较高(Z轴坐标相对较大)。
加载装置2这样设计的目的是：在轮毂挤压试验中，加载装置2可以实现先后挤压(压溃)试验轮毂的轮辋102和轮辐101，并使试验轮毂1的轮辋102和轮辐101的失效时刻先后错开，以形成一定的时间差，从而使试验测量数据、模拟结果数据等(包括但不限于力-位移曲线等结果)易读取、易分析。同时，这一试验形式也相对贴近正面25％偏置碰撞中的轮毂受力和失效形式，可以较好地模拟正面25％偏置碰撞中的轮毂受力和失效，可以为正面25％偏置碰撞中的轮毂性能优化提供重要的参考依据。
由此可见，本发明所述的轮毂挤压试验装置能够以较低的成本模拟车辆高速碰撞中的部分情形，显著地降低了经济及时间成本，具有极高的技术和经济价值。
图3为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的加载装置和连接杆在一种视角下的装配示意图。
图4为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的加载装置和连接杆在另一种视角下的装配示意图。
结合图3和图4可以看出，在本实施方式中，本发明所述的轮毂挤压试验装置还包括顶板13，顶板13设置于加载装置2和连接杆12之间，其可以协助加载装置2和连接杆12实现固定连接。
如图3和图4所示，在本实施方式中，本发明所述的轮毂挤压试验装置的加载装置2可以包括：压头14和第一固定组件。其中，第一固定组件包括：左上固定板15、右上固定板16、压头垂直调节板28和压头垂直固定板27。
此外，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，还包括有压头水平调节板29，如图4所示，在本实施方式中，两块压头水平调节板29均设置在压头14和顶板13之间，可以通过调整压头水平调节板29的数量和/或厚度，从而调节顶板13和压头14在竖直方向上的间距，以适用不同尺寸的试验轮毂1及不同的试验要求。
需要注意的是，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，压头14的下方设有圆弧倒角，图4中R1表示为倒角圆弧的半径。在本实施方式中，圆弧半径R1＝20mm。
继续参阅图3和图4，在本实施方式中，连接杆12的一端通过螺栓31与滑块8固定连接，其另一端通过螺栓32与顶板13实现固定连接。加载装置2中的压头水平调节板29和压头14同样可以通过螺栓33，固定连接到顶板13的底面上。同样，左上固定板15能够通过螺栓36与顶板13实现固定连接。
如图4所示，在本实施方式中，本发明所述的轮毂挤压试验装置的加载装置2的右上固定板16能够通过螺栓34与压头14实现固定连接；压头垂直调节板28可以通过螺栓35与右上固定板16连接；压头垂直固定板27用于与压头垂直调节板28实现连接。其中，需要调节上述的压头垂直调节板28，以使压头垂直固定板27的左侧面与试验轮毂1的右侧端面实现贴合。
需要说明的是，在本实施方式中，通过合理布置螺栓33的安装位置，可以保证压头14在被固定后，压头14的左侧垂直面在连接杆12的中轴线上(如图6中所示)。
图5为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的一种视角下的部分结构示意图。
图6为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的另一种视角下的部分结构示意图。
图7为图5所示装置的结构正视图。
如图5、图6和图7所示，同时结合参考图1，在本实施方式中，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，第二固定组件11包括：底板21、左下固定板22和右下固定板23。其中，底板21设置于试验装置的底座3上，左下固定板22通过螺栓25固定设置于底板21上，右下固定板23同样通过螺栓26固定设于底板21上。
在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，加载装置2、第二固定组件11、平衡装置9和限位座10，可以有效约束试验轮毂1的自由度，保证试验轮毂1只能发生竖直方向上的压溃及轮辐101垂直平面上发生旋转，以有效模拟试验轮毂1在正面25％偏置碰撞试验中的受力和运动状态。
其中，第二固定组件11和加载装置2中的第一固定组件20用以阻止试验轮毂1在沿其厚度方向上的水平位移，同时允许试验轮毂绕着X轴在一角度范围内转动。其中，X轴的方向与表征试验轮毂的厚度方向的Y轴相垂直(参考图2)。
此外，继续参考图7，需要说明的是，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，试验轮毂1在厚度方向上的中心线、所述压头14的左侧端面线均与连接杆13的中心线共线，平衡装置2与试验轮毂1组成的共同体的中线落于固定圆盘19(如图7中所示)与试验轮毂1的连接面上。其中，在本实施方式中，D1＝D2＝115mm，D3＝20mm，D4＝30mm。
图8为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的平衡装置的结构示意图。
图9为图8所示平衡装置的A-A剖视图。
图10为图8所示平衡装置的B-B剖视图。
如图8所示，在本实施方式中，本发明所述的轮毂挤压试验装置的平衡装置9包括：平衡杆17、平衡限位板18和固定圆盘19。其中，平衡杆17的两端分别连接的平衡限位板18，固定圆盘19套设在平衡杆17上。
结合参考图5、图6和图7，需要说明的是，在本实施方式中，平衡杆17与试验轮毂1的轴心共轴设置，固定圆盘19与试验轮毂1固定连接，平衡杆17的直径需要略小于试验轮毂1中心穿孔的直径，从而实现平衡杆17能够穿过试验轮毂1中心的穿孔。
在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，限位座10设置于平衡杆17的两侧，限位座10内开设有容置槽(图中未示出)，以使平衡装置9的各平衡限位板18分别对应设于各容置槽内。当然，限位座10的板块也可以通过镂空的方式，去除多余的材料，从而有效节约制造成本并实现减重的效果。
需要注意的是，在本实施方式中，平衡杆17的中间偏右侧开设有垂直的螺栓孔，固定圆盘19的内孔直径需要略大于平衡杆17的直径，以方便固定圆盘19套设在平衡杆17上。固定圆盘19的右侧在垂直方向上下有两个螺栓孔，水平方向有两个螺柱孔，其中，水平方向的两个螺柱孔有螺纹。
可以先将固定圆盘19套设入平衡杆17中，以使固定圆盘19右侧垂直方向上下的两个穿孔与平衡杆17右端开设的垂直螺栓孔对齐，而后通过螺栓37将固定圆盘19和平衡杆17相对固定。之后再将螺柱38拧入到固定圆盘19水平方向上开设的两个螺柱孔中，顶住平衡杆17后，使用配对的螺母拧紧固定螺柱38。固定后，固定圆盘17在固定圆盘固定螺栓37中心位置的垂直面的剖视图如图9所示。
继续参阅图8，将已经连接固定圆盘19的平衡杆17，从试验轮毂1的内侧穿过试验轮毂1的中心孔，固定圆盘19左侧与试验轮毂1贴合。结合参考图6，在本实施方式中，本发明所述的固定圆盘19的左侧可以围绕固定圆盘19的中心，均匀分布5个螺栓孔(图中未示出)，5个螺栓孔与试验轮毂1位置对齐，之后用螺栓24(如图6中所示)可以将固定圆盘19和试验轮毂1固定在一起。
需要说明的是，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，平衡限位板18的圆盘181的内孔直径需要大于平衡杆17的直径，圆盘181上均匀开设有四个螺柱孔。在连接杆17的两侧分别穿入平衡限位板18，平衡限位板18的挡板182均垂直布置。通过调节连接杆17的两侧平衡限位板18的位置，可以使平衡装置2与试验轮毂1组成的共同体的中线落于固定圆盘19与试验轮毂1的连接面上。之后将螺柱39拧入平衡限位板18的螺柱穿孔上，顶住平衡杆17后，用螺母拧紧螺柱39，可以两侧平衡限位板18与平衡杆17的位置。固定后，平衡限位板18在螺柱39中心位置的垂直面的剖视图如图10所示。
本发明所述的轮毂挤压试验装置，平衡杆17可以通过螺栓固定和螺柱拧紧的方式，实现和固定圆盘19以及平衡限位板18的连接。设置在平衡杆17长度方向上两端的平衡限位板18可以在平衡杆17的轴线上平移，通过将平衡限位板18移动到合适的位置，可以保证平衡装置9与试验轮毂1组成的共同体的中线落于固定圆盘19与试验轮毂1的连接面上。在本实施方式中，两侧平衡限位板18离连接杆17的两侧的距离分别是53mm和44mm，即D5＝53mm和D6＝44mm。
完成试验设备安装后，需要检查本发明所述的轮毂挤压试验装置。即需要保证，试验轮毂1在厚度方向上的中心线、压头14的左侧端面线均与连接杆12的中心线共线。平衡装置9与试验轮毂1组成的共同体的中线落于固定圆盘19与试验轮毂1的连接面上。
在本实施方式中，液压机启动后，图像采集装置同时开始采集图像。液压机的液压缸4输出动力，并通过滑块8带动加载装置2，垂直往下挤压试验轮毂1，挤压速度为10mm/s，挤压行程为300-400mm。液压机需要采集滑块8的输出力-位移曲线，并能保持为电子文本格式文件且能保持到计算机中。轮毂挤压试验完成后，图像采集装置停止摄像并将视频文件保存到计算机中，同时将液压机输出的力-位移曲线的电子文本格式文件输入到计算机中，在计算机中通过绘图软件生成力-位移曲线，轮毂挤压试验到此完成。
需要说明的是，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，具体需要根据试验轮毂的尺寸，合理的设置挤压行程。
图11为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的左上固定板的结构示意图。
图12为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的右上固定板的结构示意图，
图13为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的左下固定板的结构示意图。
图14为本发明所述的轮毂挤压试验装置在一种实施方式下的右下固定板的结构示意图。
如图11所示，同时结合参考上述图3，在本实施方式中，第一固定组件20的左上固定板15上开设有沿着试验轮毂1厚度方向延伸的长腰孔151，这些长腰孔151可以使左上固定板15在水平方向上左右平移，便于后期调整左上固定板15右端的面与试验轮毂1左侧端面之间的间距。
如图13和图14所示，同时结合参考上述图5，在本实施方式中，第二固定组件11的左下固定板22上开设有沿着试验轮毂1厚度方向延伸的长腰孔221，用以使得左下固定板22的右端面与试验轮毂1的左侧端面贴合。右下固定板23上开设有沿着试验轮毂1厚度方向延伸的长腰孔231，用以调节右下固定板23的左端面与试验轮毂1的右侧端面之间的间距。
需要说明的是，在本发明所述的轮毂挤压试验装置中，左上固定板15、右上固定板16、左下固定板22和右下固定板23上均设置有镂空部，在板上开设镂空部能够有效去除板中多余的材料，不仅可以节约制造成本，还能够实现减重的效果。当然，本发明所述的平衡限位板18的板块也可以通过镂空的方式，去除多余的材料，以实现上述有益效果。
另外，需要注意的是，在最后试验轮毂1的安装过程中，左上固定板15、右上固定板16、左下固定板22和右下固定板23均在左右方向上调节位置，从而匹配不同尺寸的轮毂。由此可见，本发明所述的轮毂挤压试验装置具有十分广泛的适用性，其具有调节尺寸的功能，能够有效适用于不同尺寸的小型汽车的轮毂。
综上所述，可以看出，采用本发明所述的轮毂挤压试验装置能够有效模拟正面25％偏置碰撞试验，整个试验过程操作简单方便，试验结果稳定且具有可重复性，试验获得的结果可以评估对应试验轮毂1的针对正面25％偏置碰撞试验要求的力学性能。
根据上述的轮毂挤压试验装置及上述试验原理，能够建立本发明所述的轮毂挤压仿真分析模型及轮毂挤压仿真分析方法，如图15和图16所示。
图15显示了本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法在一种实施方式下的轮毂挤压仿真分析模型示意图。
如图15所示，图15显示了本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法在一种实施方式下的轮毂挤压仿真分析模型示意图。
在本实施例中，可以采用CAD软件和CAE软件(例如CATIA、ANSA、PamCrash和Animator)进行模型建立和分析。
需要说明的是，在本实施例中，本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法可以包括步骤：
步骤1：建立轮毂挤压计算仿真需要的CAD数据包括试验轮毂1、加载装置2、平衡装置9、限位座10和第二固定组件11。其中加载装置2建立的CAE模型包括：顶板13、压头14、左上固定板15、右上固定板16、压头水平节板29、压头垂直固定板27、压头垂直调节板28。其中的顶板13、压头14、右上固定板16、压头水平调节板29、压头垂直固定板27、压头垂直调节板28合并成同一个零件；平衡装置9的建立的CAE模型包括:平衡杆17、平衡限位板18、固定圆盘19；第二固定组件11的建立的CAE模型包括：底板21、左下固定板22、右下固定板23。
步骤2：在CAD软件中分别将试验轮毂1、加载装置2、平衡装置9、限位座10和第二固定组件11的CAD模型导出成IGES格式的文件。
需要说明的是，在上述步骤2中，本实施方式中，采用CAD软件的是CATIA。
步骤3：利用CAE前处理软件中打开加载装置2、限位装置10和底板固定装置11的IGES文件，对加载装置2、限位装置10和底板固定装置11进行几何清理，抽取中面，采用尺寸为10mm的壳单元划分有限元网格。
需要说明的是，在上述步骤3中，在本实施方式中，采用的CAE前处理软件是ANSA。
步骤4：利用ANSA打开试验轮毂1的IGES文件，对试验轮毂1进行网格划分，试验轮毂1的轮辐部分采用四面体单元，试验轮毂1的轮辋102采用六面体单元。
步骤5：利用ANSA打开平衡装置9的IGES文件。针对采用六面体的体单元对其进行网格划分。
步骤6：针对所有螺栓连接，采用有限元中的Rigid Body进行连接。加载装置2、限位装置10和底板固定装置11都采用有限元Rigid Body刚体处理。
步骤7：根据不同的商业计算软件格式，在有限元仿真模型中定义加载装置2和试验轮毂1、试验轮毂1和其他装置(平衡装置9、限位座10和第二固定组件11)的仿真接触，以PamCrash为例，分别针对各主从面的接触组建立面对面接触。
需要说明的是，在上述步骤7中，在本实施方式中，在商业计算软件格式中，采用的求解器是PamCrash。
步骤8：根据不同的商业计算软件格式，在有限元仿真模型中定义试验轮毂1的材料属性。
其中，以PamCrash为例，采用52号体单元材料，定义Johnson-Cook失效法则。该法则是一个能反映应变率强化效应和温升软化效应的理想刚塑性强化模型。具体失效理论以及有限元计算方法如下：
Figure BDA0002638392200000161
其中，ψj为累积失效值，当该值达到1.0时，有限元仿真模型中相应的网格单元将失效。其中εp为塑性应变，由应力三轴度η0和应变率等效塑性应变率
Figure BDA0002638392200000162
组成的权重函数gj由公式(2)计算得出：
Figure BDA0002638392200000163
式中，
Figure BDA0002638392200000164
为应力三轴度，是静水压力
Figure BDA0002638392200000165
和等效米塞斯应力
Figure BDA0002638392200000166
的比值；D1、D2、D3、D4分别为材料失效固有参数，该参数可通过材料Hopkinson拉伸试验结合计算机仿真校核获得。其中
Figure BDA0002638392200000167
其含义为相对等效应变率，
Figure BDA0002638392200000168
为基准应变率，
Figure BDA0002638392200000169
为等效塑性应变率。
步骤9：进行试验轮毂1轴心定位，根据本发明上述实施方式的轮毂挤压试验装置的位置关系完成试验轮毂1、加载装置2、平衡装置9、限位座10和第二固定组件11的组装，使得试验轮毂1与其他装置的定位满足一定的间隙要求。
需要说明的是，在上述步骤9中，需要注意的是，在本实施方式中，试验轮毂1与其他装置的定位满足D1＝D2＝115mm、D3＝20mm、D4＝30mm。
步骤10：利用有限元软件计算试验轮毂1的有限元仿真模型的重量和中心，确保试验轮毂1的有限元仿真模型中的重量值与重心位置与实际轮毂的重量和中心位置一致。如不一致，需要用对试验轮毂1的有限元仿真模型配重，以PamCrash为例，利用Masstrim卡片配重，反复调试，最终确保试验轮毂1的有限元仿真模型的重量和重心与实际一致。
步骤11：利用ANSA计算平衡装置9的总重量，确保有限元仿真模型中的重量值和重心位置与实际中该装置的重量一致。若不一致，需要利用计算软件中对有限元仿真模型进行配重，以PamCrash为例，采用Masstrim卡片对有限元仿真模型配重，反复调试，最终确保平衡装置9的有限元仿真模型的重量和重心与实际一致。
步骤12：利用ANSA的旋转功能，调整试验轮毂1的轮辐角度，将轮毂旋转到需要挤压的位置。
步骤13：单独分析定位好后的试验轮毂1模型和平衡装置9模型构成的有限元仿真模型共同体。利用CAE前处理软件(在本实施方式中，采用的是ANSA)计算该共同体的重心。通过调节连接杆17的两侧平衡限位板18的位置，使得平衡装置9和试验轮毂1共同体的重心刚好落入固定圆盘19与试验轮毂1的连接面上。
需要说明的是，在上述步骤13中，在本实施方式中，CAE前处理软件采用的是ANSA，利用ANSA计算上述共同体的重心。在本实施方式中，两侧平衡限位板18离连接杆17的两侧的距离分别是53mm和44mm，即D5＝53mm和D6＝44mm，该位置信息可作为后续实际试验中配重的依据。
步骤14：根据不同的商业计算软件格式(在本实施方式中，采用的是PamCrash)，在有限元仿真模型中约束和加载边界条件。如图14所示，将底座3的6个自由度固定，加载装置2设定为垂直向下的恒定加载速度，在本实施方式中，控制恒定加载速度v＝0.05mm/ms。
步骤15：定义有限元计算时间和真实速度缩放系数，以模拟实际试验的准静态加载速度。
需要说明的是，在上述步骤15中，在本实施方式中，设定计算时间为3500ms，并在有限元仿真模型中设定Rate Scale真实速度缩放系数为0.25，用来模拟实际试验中10mm/s的准静态加载速度。
步骤16：根据不同有限元软件设置，定义输出设置，确保加载装置2的压头14与试验轮毂1之间的接触力能在结果文件中被输出。
需要说明的是，在上述步骤16中，在本实施方式中，有限元软件设置采用的是PamCrash，其通过PamCrash的SECFO卡片定义试验轮毂1与加载装置2的压头14之间的接触输出力。
步骤17：利用碰撞分析商业软件中的显式求解器进行求解计算。
需要说明的是，在上述步骤17中，在本实施方式中，采用的碰撞分析商业软件为PamCrash，采用PamCrash进行求解，求解成功后，输出结果文件，将分别得到后缀为DSY和THP文件。
步骤18：利用后处理软件进行试验轮毂1的断裂失效形态分析。
需要说明的是，在上述步骤18中，在本实施方式中，采用的后处理软件为Animator，采用Animator读取DSY文件，可得到试验轮毂1在挤压过程中每一个时刻的变形情况、轮辋102和轮辐101的断裂时刻及轮毂断裂失效形态等。
步骤19：利用CAE后处理软件进行试验轮毂1的力学特性分析。
需要说明的是，在上述步骤19中，在本实施方式中，采用的CAE后处理软件为Animator，采用Animator读取THP文件，能够有效得到试验轮毂1在挤压过程中的抗挤压力和挤压位移曲线。
此外，需要注意的是，在本实施例中，使用的CAE软件(PamCrash)为商业软件，本发明的保护范围不限于CAE软件类型的选择。
图16示意性地显示了试验轮毂力学性能限值要求的标定流程图。
图17显示了试验轮毂在不同受力情况下的挤压方向示意图。
图18示意性地显示了图17所示试验轮毂在不同受力情况下的轮毂挤压试验的力-位移曲线图。
需要说明的是，基于本发明上述的轮毂挤压试验装置及其轮毂挤压仿真分析方法，可以在汽车车型开发过程中，建立一套轮毂力学性能限值要求的标定流程，从而能够对试验轮毂1的力学性能进行评价。
如图16所示，基于本发明上述的轮毂挤压试验装置及其轮毂挤压仿真分析方法，在本实施方式中，可以针对三种不同挤压方向，进行轮毂挤压试验，以建立对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，其步骤如下：
步骤(a)：根据试验轮毂1的CAD数据建立相应地CAE有限元仿真模型，然后将该轮毂的有限元仿真模型组装到正面25％偏置碰撞的整车有限元仿真模型中，并在整车有限元仿真模型中定义轮毂地边界条件，通过有限元求解器(在本实施方式中，采用的是PamCrash)进行求解计算，最终得到正面25％偏置碰撞的有限元计算结果。
步骤(b)：对上述步骤(a)中得到的正面25％偏置碰撞的有限元计算结果进行分析，结合有限元计算结果中试验轮毂1能够承受地最大破坏力、车身碰撞后的变形量以及车内乘员损伤来综合评估试验轮毂1在正面25％偏置碰撞中的变形形式是否合理。假如试验轮毂1在正面25％偏置碰撞工况中能够承受地最大破坏力非常大，即试验轮毂1在正面25％偏置碰撞中不易破碎，导致车身结构碰撞后的变形量较大，较大的车身变形量会引起车内乘员较大的损伤风险。反之，假如试验轮毂1能够承受地最大破坏力非常小，即试验轮毂1在正面25％偏置碰撞中极易变形破碎，此时碰撞车辆会产生较大地减速度，会导致车内乘员受较大的瞬时冲击，从而引起车内乘员的较大损伤。
由上述步骤(b)可见，试验轮毂1合理的最大破坏力对于车辆正面25％偏置碰撞至关重要。在本实施方式中，对于试验轮毂1以及车身的评价指标不仅仅限于试验轮毂1受到地最大破坏力，车身变形量和车内乘员损伤，也包括其他能够反映其内在规律的其他指标，例如：轮毂变形破坏时吸收的能量以及加速度变化，整车吸收的能量以及速度及加速度变化等相关指标。
步骤(c)：按照上述步骤(b)，当试验轮毂1的最大破坏力在某一值时，此时在正面25％偏置碰撞模拟中，车身碰撞后的变形量较大或车辆受到的瞬时冲击较大，导致车内乘员受到较大的损伤，则说明该轮毂由于能够承受地最大破坏力太大或太小，导致正面25％偏置碰撞结果较差，则认为该试验轮毂1在正面25％偏置碰撞中的变形形式不合理，需要进行轮毂结构优化。按照本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法进行分析，之后基于该仿真分析模型进行结构优化。
步骤(d)：按照上述步骤(c)，完成轮毂挤压仿真分析后，根据仿真分析结果开展轮毂结构优化，使得优化后的试验轮毂1的最大破坏力能够达到某一水平，然后再将优化后的试验轮毂1进行重复步骤(a)的正面25％偏置碰撞模拟分析，评估优化后的轮毂在正面25％偏置碰撞模拟中的变形形式是否合理。评判的标准是：当轮毂最大破坏力值达到某一水平时，此时车身变形量是否较小或车辆受到地瞬时冲击是否较小，使得车内乘员损伤较小或无损伤为止。如果试验轮毂1变形合理，则认为优化后的试验轮毂1在正面25％偏置碰撞中的变形形式合理；如果试验轮毂1变形不合理，继续通过上述步骤(b)和步骤(c)，根据本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法，建立新的轮毂挤压仿真，进行新一轮的轮毂结构优化，直到满足合理变形要求。
步骤(e)：按照上述步骤(b)，当试验轮毂1最大破坏力达到某一值时，此时车身的变形量较小，且假人损伤风险也较小，则认为该试验轮毂1在正面25％偏置碰撞模拟中的变形形式合理。此时，即可开展进行轮毂挤压试验。由于试验轮毂1上轮辐造型的不同，不同的挤压轮毂位置得到的挤压力会有所差别，且正面25％偏置碰撞中试验轮毂1与刚性壁障碰撞接触的位置也是随机的，故在轮毂挤压试验中，需要选择具有代表性的多个轮毂挤压位置进行试验。进行轮毂挤压试验时，对压头14受到的力及位移进行记录和输出，生成力-位移曲线；同时通过图像采集装置对轮毂挤压过程中，对试验轮毂1的轮辋102、轮辐101破坏失效进行拍摄和时刻记录。
需要说明的是，在上述步骤(e)中，需要选择具有代表性的多个轮毂挤压位置进行试验，在本实施方式中，对试验轮毂3个挤压位置分别进行试验，如图17所示。其中，位置A为压头14正对轮辐镂空的位置，位置B为压头14正对轮辐和轮辐镂空相邻区域的位置，位置C为压头14正对轮辐位置。需要说明的是，在本实施方式中，位置B和位置C分别逆时针旋转36°和72°，即可抵达位置A的位置，即θ1＝36°和θ2＝72°。
此外，需要注意的是，在本实施方式中，压头14挤压试验轮毂1的位置并不仅限于上述的三种位置，当然也包括其他所有具有代表性的轮毂挤压位置。
步骤(f)：按照步骤(e)完成所有的轮毂挤压试验后，对试验输出数据如压头14的力-位移曲线等数据进行综合分析。由于在步骤(e)中针对试验轮毂1上的不同位置进行了多次轮毂挤压试验，这样就会得到不同轮毂挤压位置时压头14的力-位移曲线，通过压头14的力-位移曲线，能够确认不同挤压位置时轮毂受到地最大破坏力，结合正面25％偏置碰撞模拟中轮毂的变形形式，最终可以定义出轮毂破坏力值的允许范围。当试验轮毂1最大破坏力值在允许范围时，则该轮毂在正面25％偏置碰撞中的变形形式合理，即建立了该平台车型的满足正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限值要求。
需要说明的是，在本实施方式中，进行了三次试验，三次试验的挤压力-位移曲线如图18所示。设置三条试验曲线中峰值最小值的90％作为破坏力值下限，三条试验曲线中峰值最大值的110％作为破坏力值上限。
对于已经成功获取针对正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限值要求的平台车型，可以进一步地通过图18所示的轮毂开发方法，快速评估替换轮毂的轮毂力学性能是否满足正面25％偏置碰撞要求。
图19示意性地显示了一种满足正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限制要求的轮毂开发方法的步骤流程图。
需要说明的是，基于本发明上述的轮毂挤压试验装置及其轮毂挤压仿真分析方法，可以在汽车车型开发过程中，建立一套轮毂力学性能限值要求的标定流程，进而可以建立一种满足正面25％偏置碰撞要求的轮毂力学性能评价方法，从而能够对试验轮毂1的力学性能进行评价，快速有效的开发出满足正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限制要求的轮毂。
如图19所示，图19示意性地显示了一种满足正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限制要求的轮毂开发方法的步骤流程图，其包括步骤：
S1：根据替换轮毂的CAD数据，建立CAE模型，之后建立上述实施方式的轮毂挤压仿真分析方法中的有限元仿真模型。之后完成有限元仿真模型检查及调试。调试通过后，利用求解器(在本实施方式中，采用的是PamCrash)计算，模拟轮毂挤压仿真试验过程。计算完成之后，获得力-位移曲线，该仿真过程需要进行多次，每次计算均需要旋转轮毂的角度。
S2：参考步骤S1，若所有的力-位移曲线的峰值均在标定的对应车身的平台车型的轮毂力学性能限值要求的允许区间内，结合仿真计算结果模型中的轮毂变形情况，综合判断其仿真分析结果是否满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求。若其仿真分析结果是否满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，则之后可以进行轮毂挤压试验；而若不满足仿真分析要求，则仍然需要对轮毂的结构进行优化。
S3：按照上述步骤S2，判断步骤S1的轮毂试验仿真结果不满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，则需要通过更改替换轮毂的造型等方法，进行轮毂结构优化。之后重复步骤S1，进行新一轮的轮毂挤压仿真分析，直至仿真结果满足步骤S2的仿真分析要求为止。
S4：按照上述步骤S2，判断步骤S1的轮毂试验仿真结果满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，则可按照最新的CAD数据，制造替换轮毂的试验样件，替换轮毂的试验样件的制造次数根据试验次数来确定，每次试验使用一个替换轮毂。按照本发明上述的轮毂挤压试验装置进行轮毂挤压试验，完成替换轮毂的多次轮毂挤压试验。
S5：按照上述步骤S4，和轮毂挤压仿真分析类似、针对不同的碰撞撞击点，完成多次的轮毂挤压试验，在本实施案例中，根据替换轮毂的轮辐造型，针对不同的碰撞撞击点，完成了多次轮毂挤压试验，如果所有的力-位移曲线的峰值均在标定的对应车身的平台车型的轮毂力学性能限值要求的允许区间内，并结合试验摄像中的轮毂变形情况，进行综合判断其试验结果是否满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求。如果认为该替换轮毂满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，整个实施方法完成，如果不满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，则需要进行仿真校核。
S6：按照上述步骤S5，如果认为该替换轮毂不满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，则需要进行仿真校核。通过查看和调节轮毂挤压仿真分析模型，使得仿真分析的力-位移曲线与试验曲线基本一致，仿真分析的轮毂变形模式与试验一致。仿真校核完成后，需要重新进行步骤S3的轮毂结构优化，进行新一轮的轮毂挤压仿真分析和轮毂挤压试验，直至试验结果满足对应平台车型的轮毂力学性能限值要求为止。
由此可见，基于本发明上述的轮毂挤压试验装置及其轮毂挤压仿真分析方法，可以在汽车车型开发过程中，建立该车型满足正面25％偏置碰撞要求的轮毂力学性能评价方法，从而能够对试验轮毂1的力学性能进行评价，快速有效的开发出满足正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限制要求的轮毂。
综上所述可以看出，本发明所述的轮毂挤压试验装置能够对汽车轮毂进行准静态挤压试验，其可以通过采集力-位移曲线和录制高清图像的方式，获取试验轮毂的力学性能，从而可以有效预测对应的试验轮毂在正面25％偏置碰撞中的轮毂受力和失效情况，有利于节约样车成本，大大提高汽车的研发效率。
本发明所述的轮毂挤压试验装置，其试验过程操作简单方便，试验结果稳定且具有可重复性，试验结果准确，试验获得的结果可以评估对应试验轮毂的针对正面25％偏置碰撞试验要求的轮毂力学性能。
相应地，本发明所述的本发明所述的轮毂挤压仿真分析方法，能够有效建立轮毂挤压的有限元仿真模型，其可以利用碰撞分析商业软件中的显式求解器进行求解计算，获得计算结果文件，利用CAE后处理软件读取计算结果文件，可得到加载装置的力-位移曲线和试验轮毂在挤压过程中每一个时刻的变形情况、轮辋和轮辐的断裂时刻及轮毂断裂失效形态。
此外，需要注意的是，基于本发明上述的轮毂挤压试验装置及轮毂挤压仿真分析方法，可以在汽车车型开发过程中，建立对应平台车型的轮毂力学性能限值要求，以建立该车型满足正面25％偏置碰撞要求的轮毂力学性能评价方法，从而能够对试验轮毂的力学性能进行评价，快速有效的开发出满足正面25％偏置碰撞试验的轮毂力学性能限制要求的轮毂。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮毂挤压试验装置，其特征在于，包括：
顶箱和底座；
液压缸，其设于所述顶箱上；
输出杆，其与所述液压缸连接；
导杆，其竖直地设于所述顶箱和底座之间；
滑块，其套设于所述导杆上，所述滑块与所述输出杆固定连接，以在输出杆的带动下沿着导杆的长度方向上下移动；
加载装置，其通过连接杆与所述滑块连接，用以向设于其下方的试验轮毂施加向下的加载力，所述加载装置包括压头和第一固定组件；
第二固定组件，其设于所述底座上；
平衡装置，其包括平衡杆、套设于所述平衡杆上的固定圆盘以及与平衡杆的两端分别连接的平衡限位板，其中所述平衡杆与所述试验轮毂的轴心共轴设置，所述固定圆盘与试验轮毂固定连接；
限位座，其设于所述平衡杆的两侧，所述限位座内设有容置槽，以使各平衡限位板分别对应设于各容置槽内；
其中第一固定组件和第二固定组件用以阻止试验轮毂在沿其厚度方向上的水平位移，同时允许试验轮毂绕着X轴在一角度范围内转动，所述X轴的方向与表征试验轮毂的厚度方向的Y轴相垂直；
其中，所述试验轮毂在厚度方向上的中心线、所述压头的左侧端面线均与所述连接杆的中心线共线；
其中，所述平衡装置与试验轮毂组成的共同体的中线落于固定圆盘与试验轮毂的连接面上。
2.如权利要求1所述的轮毂挤压试验装置，其特征在于，所述加载装置还包括：
顶板，其与所述连接杆固定连接；
压头水平调节板，其设于所述压头和顶板之间，以调节顶板和压头之间的在竖直方向上的间距。
3.如权利要求2所述的轮毂挤压试验装置，其特征在于，所述第一固定组件包括：
左上固定板，其通过螺栓与顶板固定连接，所述左上固定板上开设有沿着试验轮毂厚度方向延伸的长腰孔，用以调节左上固定板的右端面与试验轮毂的左侧端面之间的间距；
右上固定板，其与所述压头固定连接；
压头垂直调节板，其与所述右上固定板连接；
压头垂直固定板，其与所述压头垂直调节板连接；
其中调节所述压头垂直调节板以使压头垂直固定板的左侧面与试验轮毂的右侧端面贴合。
4.如权利要求1所述的轮毂挤压试验装置，其特征在于，所述第二固定组件包括：
底板，其固定设于所述底座上；
左下固定板，其通过螺栓固定设于所述底板上，所述左下固定板上开设有沿着试验轮毂厚度方向延伸的长腰孔，用以使得左下固定板的右端面与试验轮毂的左侧端面贴合；
右下固定板，其通过螺栓固定设于所述底板上，所述右下固定板上开设有沿着试验轮毂厚度方向延伸的长腰孔，用以调节右下固定板的左端面与试验轮毂的右侧端面之间的间距。
5.如权利要求1-4中任意所述的轮毂挤压试验装置，其特征在于，左上固定板、右上固定板、左下固定板、右下固定板和平衡限位板的至少其中之一上具有镂空部。
6.如权利要求1所述的轮毂挤压试验装置，其特征在于，所述压头的下方设有圆弧倒角。
7.如权利要求1所述的轮毂挤压试验装置，其特征在于，还包括图像采集装置，其在加载装置向试验轮毂施加加载力的过程中，采集试验轮毂的轮辋面的侧面和轮辐面的正面的图像。
8.一种基于如权利要求1-7中任意一项所述的轮毂挤压试验装置的轮毂挤压仿真分析方法，其特征在于，包括步骤：
步骤100：建立试验轮毂、加载装置、平衡装置、限位座和第二固定组件的CAD和/或CAE模型；
步骤200：基于试验轮毂、加载装置、平衡装置、限位座和第二固定组件的CAD和/或CAE模型，对其进行网格划分；
步骤300：在有限元仿真模型中定义加载装置、试验轮毂、平衡装置、限位座和第二固定组件的仿真接触；并且在有限元仿真模型中定义试验轮毂的材料属性以及定义Johnson-Cook失效法则；
步骤400：进行试验轮毂的轴心定位，并基于如权利要求1-7中任意一项所述的轮毂挤压试验装置完成试验轮毂、加载装置、平衡装置、限位座和第二固定组件的组装；
步骤500：利用有限元软件计算试验轮毂的有限元仿真模型的重量和中心位置，以使得试验轮毂的有限元仿真模型的重量值与重心位置与实际试验轮毂的重量和中心位置一致；计算平衡装置的有限元仿真模型的重量和重心位置，以使得平衡装置的有限元仿真模型的重量和重心位置与实际平衡装置的重量和重心位置一致；
步骤600：分析定位后的试验轮毂和平衡装置构成的有限元仿真模型共同体，通过调节平衡限位板的位置，使得所述共同体的重心刚好落于固定圆盘与试验轮毂的连接面上；
步骤700：在有限元仿真模型中约束和加载边界条件，将加载装置设定为竖直向下的恒定加载速度；定义有限元计算时间和真实速度缩放系数，以模拟实际试验的准静态加载速度；
步骤800：定义输出为试验轮毂与加载装置的压头之间的接触输出力；进行求解后输出结果文件。
9.如权利要求8所述的轮毂挤压仿真分析方法，其特征在于，在步骤200中，采用壳单元对加载装置、限位座和第二固定组件进行网格划分；采用四面体单元对试验轮毂的轮辐进行网格划分，采用六面体单元对试验轮毂的轮辋进行网格划分；采用六面体的体单元对平衡装置进行网格划分。
10.如权利要求8所述的轮毂挤压仿真分析方法，其特征在于，所述输出结果文件为DSY文件和THP文件；所述轮毂挤压仿真分析方法还包括步骤900：对所述DSY文件进行读取，以获得试验轮毂在挤压过程中每一个时刻的变形情况、轮辋和轮辐的断裂时刻及轮毂断裂失效形态；对所述THP文件进行读取，以得到试验轮毂在挤压过程中的抗挤压力和挤压位移曲线。
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