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气压盘式制动器热—结构耦合仿真分析
| 论文题名： | 气压盘式制动器热—结构耦合仿真分析 |
| 关键词： | 制动器;温度场;应力场;机械应力;结构耦合 |
| 摘要： | 本文首先回顾了气压盘式制动器(ADB)结构设计与热弹性失稳现象研究的发展历程，对盘式制动器温度场与应力场的研究现状进行了综述。在此基础上，本文采用有限元法对制动器工作过程中制动盘与摩擦片间的热-结构耦合现象进行了仿真分析，并对制动器其他主要部件进行了强度与刚度校核。具体说来，主要包括以下几个方面: (1)热-结构耦合分析涉及到的基础理论简要分析。通过对接触分析理论、制动摩擦生热理论、传热学理论的分析，确定了制动摩擦热量在制动盘与摩擦片之间的分配关系，建立了制动器的三维瞬态导热微分方程并确定了相应的边界条件。最后，根据分析需要，选用商业分析软件ABAQUS作为热-结构耦合分析的求解器。 (2)紧急制动工况下制动器的完全热-结构耦合分析。首先选用商业分析软件HyperMesh作为前处理软件，建立了ADB热-结构耦合分析的网格模型;然后确定了热-结构耦合分析的热边界条件与位移边界条件，建立了ADB完全热-结构耦合分析模型，利用该分析模型对紧急制动工况下制动盘的温度场与应力场分布特征进行了分析。分析结果显示，制动盘的温度场与等效应力场均存在明显径向、轴向与周向梯度，高温区与高应力区均出现在制动盘面的摩擦半径附近。整个制动过程中，制动盘温度先升高后降低。制动盘的三向应力中，周向应力最大，周向应力是引起制动盘疲劳裂纹的主要原因。由于温度场与应力场的不均匀分布，制动盘会出现不均匀的热弹性变形，向内侧翘曲。 (3)制动盘的顺序热-结构耦合分析。为了研究制动盘在重复制动工况与持续制动工况下的温升情况，首先对制动过程中制动盘的机械应力进行了分析，分析结果显示，制动过程中，制动盘的机械应力很小，应力主要表现为热应力。在此基础上，采用能量折算法，建立了制动盘的顺序热-结构耦合分析模型，利用该模型对紧急制动工况、重复制动工况与持续制动工况的制动盘温度场与热应力场进行了分析。分析结果显示，在紧急制动工况下，采用顺序耦合分析方法得到的盘面温度与应力稍低于完全耦合法的分析结果;在重复制动工况与持续制动工况下，盘面温度均逐渐上升后趋于饱和;重复制动过程中制动盘温度与应力水平均较低;但在持续制动工况下，制动盘的温度与应力会上升到较高水平，持续制动工况下制动盘的热负荷较大。 (4)钳体与支架的机械应力分析。对制动钳体与钳体支架进行了静力分析，校核了钳体与支架在紧急制动工况下的强度与刚度，分析结果显示，钳体与支架均能满足使用要求。 本文的研究可为气压盘式制动器的设计提供参考，同时也为开发具有自主知识产权的气压盘式制动器奠定了基础。 |
| 作者： | 蔡静 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 过学迅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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