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基于热流固耦合的湿式多盘制动器的温度场及应力场分析
| 论文题名： | 基于热流固耦合的湿式多盘制动器的温度场及应力场分析 |
| 关键词： | 汽车制动器;盘式结构;温度场;应力场分布;热流固耦合 |
| 摘要： | 湿式多盘制动器在使用过程中经常出现摩擦副的翘曲、裂纹现象，严重影响了湿式多盘制动器的使用性能和安全性能，针对这一问题，多是从温度场及应力场的角度来分析翘曲、裂纹产生的原因，但是在进行温度场及应力场的计算时，一般不考虑冷却系统对温度场及应力场的影响。为了更准确地计算温度场及应力场，本文将湿式多盘制动器的冷却系统考虑进来，采用热流固耦合的方法，通过有限元仿真软件ANSYS Workbench进行了湿式多盘制动器温度场及应力场的计算，然后根据热流固耦合下的温度场及应力场分布来分析摩擦副发生翘曲、裂纹现象的原因。 本研究主要内容包括：⑴通过查阅相关文献资料，掌握了热流固耦合的理论基础以及湿式多盘制动器热流固耦合的实现方法，在ANSYS Workbench中建立了湿式多盘制动器摩擦副的有限元模型以及流场的有限元模型，并对固体变形场和流场的仿真参数进行了计算。⑵在固体变形场下对摩擦副表面的接触压力进行了仿真分析，通过仿真得到了摩擦副表面的接触压力分布，并通过改变仿真参数，分别进行了转动角速度、制动压力、摩擦系数、静摩擦盘弹性模量以及摩擦衬片弹性模量对接触压力的影响分析。⑶利用Fluent模块对湿式多盘制动器的冷却系统进行了流场仿真，通过仿真得到了流场流速、压力的分布特点以及转动角速度对内流场最高流速、最大压力影响。随后利用ANSYS Workbench软件对湿式多盘制动器进行了流固耦合仿真，通过仿真发现，流场压力对接触压力的影响很小，并且随着制动的进行，影响效果越来越小。⑷利用ANSYS Workbench软件建立了湿式多盘制动器热流固耦合的分析流程，并对湿式多盘制动器进行了温度场及应力场的仿真。通过仿真发现，在制动过程中，静摩擦盘和摩擦衬片温度先增大后减小，而芯片温度则一直在增大，摩擦副表面存在较大的温度梯度，静摩擦盘和摩擦衬片的温度梯度主要出现在摩擦衬片沿径向约3/4处以及与冷却油接触处，芯片的温度梯度则主要出现在与冷却油接触处，导致温度梯度产生的主要原因是接触压力的分布不均匀以及冷却油接触处存在的温差，而温度梯度是导致热应力产生的原因，高热应力主要出现在温度梯度较大的地方，高温和高热应力是导致摩擦副发生翘曲和裂纹的原因，高温导致热变形的产生，从而引起摩擦副产生翘曲现象，高热应力则使摩擦副在长期使用后产生疲劳裂纹。 |
| 作者： | 宋玉栋 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 孟宪皆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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