针对汽车钢制车轮研发周期长和生产成本高的问题,以15×5J钢制车轮为例,基于ANSYS Workbench 19.2软件完成车轮重要尺寸的参数化建模并创建车轮弯曲疲劳试验有限元模型,采用优化空间填充设计法,生成车轮重量及Mises应力的试验数据,获得车轮重量及应力响应面,最终在短期内成功确定车轮最优轻量化数模并应用于生产。实物测试实验结果表明轻量化测试车轮符合SAE标准,车轮厚度是最重要的安全影响因素且不应小于4mm,优化后车轮减重3.69%,测试验证了仿真结果的正确性。

将轮胎断面划分为胎冠区域和非胎冠区域,采用有限元分析方法和灵敏度分析,建立滚动阻力和区域能量损耗的关系,进行低滚动阻力轮胎结构设计,达到降低滚动阻力的目的。结果表明,变化区域能量损耗与滚动阻力呈线性变化。胎面结构对胎冠区域能量损耗的贡献度高达69%,对胎冠区域能量变化起决定性作用。合理的降低1#和2#带束层宽度,能降低胎面能量损耗,2#带束层对于胎面能量损耗的灵敏度更高。耐磨胶、胎体层、三角胶&胎侧对非胎冠区域能量损耗的贡献度相当,在30%左右。合理的增加耐磨胶高度有利于耐磨胶和胎体能量损耗的降低。合理的降低三角胶高度会降低非胎冠区域能量损耗。基于区域能量损耗与轮胎结构关系,对轮胎胎体结构进行方案设计,最优方案比原始滚动阻力降低9.5%。