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作者:吳尚杰(2002-05-01);推薦:徐業良(2002-05-01)
 

鋁合金輪圈衝擊破壞模式

摘要

汽車用鋁合金輪圈的衝擊破壞測試依其衝擊角度的不同主要可分為三種,分別是13度、30度及90度等。其中,13度及30度衝擊試驗是模擬輪圈受到外力側向撞擊時所產生的變化,90度衝擊試驗則是模擬輪圈撞擊到道路上的窟窿或突起物時產生的反作用力對輪圈所造成的變化。本文是為了要對13度衝擊試驗進行電腦模擬,因此我們對於其破壞模式加以歸類,期望能歸納出幾種規則的破壞模式,再分別對其進行電腦模擬分析並建立其電腦分析程序。

13度衝擊測試方法

113度衝擊試驗設備圖。輪圈在裝上規定的測試輪胎並打入規定的測試胎壓後安裝於測試基座上,與地面成一13度的傾斜角度,測試重錘位於輪圈的上方。測試前以量規確認測試重錘的落下高度及衝擊位置,如圖2所示。

直線圖說文字 3: 測試重錘直線圖說文字 3: 測試基座直線圖說文字 3: 輪圈與地面成13度角

1. 13度衝擊測試設備

直線圖說文字 3: 量規

2. 確認衝擊高度及位置

測試進行時使重錘以自由落體的方式落下撞擊輪圈,測試完成後重錘壓在輪圈上,如圖3所示。當測試完成後將輪圈取下,觀察其破壞狀況,圖4為測試通過的輪圈,圖5則為測試失敗的例子。

3. 衝擊測試完成圖

4. 通過衝擊測試的輪圈

5. 衝擊結果破壞(肋骨斷裂)的輪圈

衝擊破壞模式

常見的輪圈衝擊破壞狀況依據其發生的位置通常有3種。圖6為第一種破壞模式。當重錘衝擊輪圈的肋骨後裂痕發生在輪圈靠近中央部位。當這種情況發生時,通常表示破壞部位的結構太弱有待加強,或者是輪圈J部及肋骨尾端強度過強,在衝擊過程中無法吸收部分衝擊能量,以至於破壞部位受到類似彎曲力矩的作用而造成。

 6. 第一種破壞狀況,裂痕發生在肋骨靠近中央部位

7為第二種破壞模式。其裂痕發生在肋骨尾端連接J部的部位。當這種情況發生時,通常表示在衝擊過程中該部位受到類似剪力的作用,加上破壞部位的結構太弱而造成如圖7中的破壞狀況,此種破壞情況告訴我們肋骨尾端的結構有待加強。

7. 第二種破壞狀況,裂痕發生在肋骨尾端

8為第三種破壞模式。其破壞發生在被衝擊肋兩側的肋骨上。當這種情況發生時,通常是因為受衝擊肋的結構過強,致使衝擊過程中受衝擊肋無法吸收衝擊能量,進而轉移到兩側的肋骨使其受到類似扭力的作用而破壞,降低肋骨的厚度通常可以改善此種破壞情況發生。

8. 第三種破壞狀況,破壞發生被衝擊肋兩側的肋骨上

然而,在真實的輪圈衝擊測試時,經常有不只一種的破壞模式伴隨著出現,如圖910即為同時出現兩種及三種破壞模式的實際案例。如圖9中的輪圈,當它受衝擊後同時出現了彎曲力矩及扭力造成的破壞狀況。而圖10中的輪圈,則同時出現了上述三種的破壞狀況,表示其結構必須全盤加以檢討修改才能再進行下一次的試作。

9. 彎曲力矩及扭力造成的輪圈破壞

10. 彎曲力矩、剪力及扭力同時造成的輪圈破壞