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盘式制动器热--结构耦合分析与多目标优化
| 论文题名： | 盘式制动器热--结构耦合分析与多目标优化 |
| 关键词： | 汽车盘式制动器;热结构耦合;台架实验;多目标优化;三维模型 |
| 摘要： | 汽车在刹车时制动器的热-结构耦合作用会降低制动器的寿命，影响系统的制动性能。 本文对制动器的热-结构耦合性能及结构优化进行研究，主要内容包括: (1)详述了制动器的主要结构、功能及国内外研究现状，阐述了制动器热-结构耦合分析的基本理论、热应力计算方法。 (2)建立了盘式制动器的三维模型，对盘式制动器制动工况进行了分析及制动参数计算，得出了制动时的制动初始条件，求得了制动器的热流分配系数和对流换热系数，对制动器进行网格划分，设置材料参数、接触、热边界条件和载荷，建立了制动器温度场和应力场相互耦合的有限元模型。 (3)将制动器的热-结构耦合模型导入到ABAQUS中进行耦合分析，结果表明制动器紧急制动时，制动盘节点的温度变化是先升高后降低，制动盘表面节点温度曲线成“锯齿”状变化。随后，进行了台架试验，验证了制动器的热-结构耦合模型具有较高的精度，可以用来预测研究制动器的热-结构耦合特性。 (4)依据建立的有限元模型，对制动器进行了结构优化。选用制动盘外径Ra、热筋宽度x1、制动盘单侧厚度x2、摩擦片包角θ作为设计变量，以相同制动条件下制动时温升最小，温升引起的热应力最小作为优化目标，利用优化拉丁超立方采样设计实验样本点，用Kriging法建立近似模型，用多目标遗传算法进行参数优化，得到了制动盘设计变量参数的最优值。优化前制动盘最高温度为275.8℃，优化后制动盘最高温度261.3，优化前制动盘最大应力值为185.9MPa，优化后最大应力值为176.1MPa。优化后制动盘最高温度减少了5.25％，制动盘最大应力值减少5.22％。 |
| 作者： | 范博 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王经坤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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