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盘式制动器的热结构耦合分析及振动模态研究
| 论文题名： | 盘式制动器的热结构耦合分析及振动模态研究 |
| 关键词： | 盘式制动器;热结构耦合效应;振动模态;制动效能 |
| 摘要： | 制动系统是汽车上极为重要的组成部分，它直接关系到驾驶员及乘客的安全。由于盘式制动器的制动效能稳定，结构简便且散热比较快，目前已经广泛的应用在汽车上，其制动过程中所表现出的热结构耦合效应对制动器的噪声、振动以及热疲劳等都会产生影响，从而影响制动器的制动效能，因此对盘式制动器进行热结构耦合的分析显得十分重要。 本文对某轿车盘式制动器进行了在紧急制动工况下的热结构耦合的仿真分析，并通过Manson-Coffin公式预测了制动器在此制动工况下的热疲劳寿命，最后对制动器的模态进行了研究。主要的研究工作为如下: (1)通过某轿车盘式制动器的CAD图纸，建立其简化的三维模型，在热结构耦合的理论基础之上，计算了盘式制动器的热边界条件和机械边界条件，为后续的分析提供依据。 (2)应用ABAQUS软件建立其有限元模型，模拟其在紧急制动工况下的热结构耦合的过程，得到了制动器的温度场、应力场及接触压力场的分布情况。通过仿真的结果表明，盘式制动器在紧急制动工况下，其制动盘的温度场和应力场都呈现非轴对称的分布，且高温区与高应力区都位于摩擦接触区域内，随着制动过程的进行，制动盘的温度场和应力场会慢慢趋近于轴对称的分布。对于摩擦片，其最大接触压力处在中间部分且为摩擦区域的入口处，而高温则主要分布在中间部分靠近摩擦区域的出口处。 (3)在热结构耦合仿真的基础上，确定制动盘最易出现裂纹的部位，利用Manson-Coffin公式对制动器在紧急制动工况下的热疲劳寿命进行了预测。 (4)研究了盘式制动器的振动模态，通过提取制动盘及摩擦片的前十阶模态并进行了分析发现其模态频率有重叠，而这可能引发共振，导致摩擦副间的接触不良从而影响制动器的制动效能。因此对制动盘进行了结构的改进，在其边缘部位增加凸台结构，结果表明制动盘与摩擦片的各阶模态频率均相差较大，达到了避免共振的目的。 本文分析计算的结果为制动器的设计改进及材料的选择等提供了理论的参考。 |
| 作者： | 袁强 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张翠平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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