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散热筋结构盘式制动器热应力耦合分析及优化
| 论文题名： | 散热筋结构盘式制动器热应力耦合分析及优化 |
| 关键词： | 盘式制动器;散热筋结构;热应力耦合;制动力矩;有限元模型 |
| 摘要： | 伴随着车辆时速的提高和道路运输情况的改变，制动器部件的质量标准受到了愈发严格的要求，制动器本身的规格尺寸逐步降低，而相应的制动器部件所承载热量却大大增高。盘式制动器利用摩擦片对制动盘产生法向制动压力生成制动力矩，而车辆行驶过程中的动能由于摩擦产生的热能而被消耗掉。制动盘在整个制动过程中由于受到摩擦生热的影响而出现了温度梯度的改变，伴随着温度场的改变产生了制动部件偏磨以及热衰退现象，加上温度场分布中热应力过高的部分引起的制动盘裂纹、翘曲等，这些隐患严重影响了司机的行车安全。因此，结合制动盘在制动行程中的温度场以及热力耦合场分析模拟，针对制动过程中制动盘的性能改善以及优化措施具有十分重要的意义。 本文首先介绍了盘式制动器的基本构造及原理、盘式制动器热应力现象的发生以及带来的影响，并对国内外研究现状进行了阐述，结合国内外相关研究的方向与基础，提出了散热筋结构的盘式制动器的结构设计以及优化方案，保证了结构强度的同时有效的降低了热效应在制动盘上的影响，降低了热应力对制动盘制动性能的干扰。 对部件进行有限元模型构建后进行制动状态下的温度场以及热力耦合分析，分析结果反映了在热力耦合状态下制动盘温度场与热力耦合场的分布梯度与变化趋势。在制动过程发生后，盘式制动器制动盘在温度场分布上经历了温度快速上升与缓慢下降的过程，空间分布上则呈现径向轴向和周向的不同分布规律。随着制动过程的进一步变化，整体的温度分布将趋于统一温度状态。而在热应力分布上则随着制动过程呈现周期性波折上升，伴随着温度场的影响产生的最高应力区域集中于摩擦片与制动盘接触区域并随着时间变化产生不同程度的滞后性。 在优化分析设计阶段，将有限元模型转换为近似数学模型。利用多组抽样点设计近似模型的参考分析样本，在充足样本容量的前提下构造近似仿真的多元方程式，最终建立起最高温度、最大等效应力以及最大制动力矩的相关等效关系式。通过Is ight软件进行辅助优化，将优化目标函数设置为制动效能中的最大制动力矩，约束函数设为制动过程中的最高制动温度以及允许出现的最大制动力矩上限。最终的优化结果需要经过再一次的有限元建模与分析验证。优化分析显示在不超过最高温度以及制动力矩上限的约束下，制动力矩得到了有效提升，同时优化后的制动力矩以及温度、应力极值在有限元和试验验证中的误差较小，优化变量构建的仿真模型和优化数学模型求解得到的制动力矩对比得出误差小于4%，验证了误差分析的准确性以及优化近似模型的可靠性。 |
| 作者： | 阚云峰 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 潘公宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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