详情

原文传递货车鼓式制动器渐变可靠性分析

论文题名：	货车鼓式制动器渐变可靠性分析
关键词：	货车鼓式制动器;渐变可靠性;制动温度;应力分析;制动次数;随机变量
摘要：	本文选取某货车后轮鼓式制动器作为分析的关键部位，通过多物理场仿真分析得到紧急制动工况下鼓式制动器制动温度及应力，针对制动鼓的薄弱部位在考虑结构强度随制动次数退化以及随机变量相关等因素下对其进行渐变可靠性分析。采用热-结构耦合仿真、可靠性设计实验、相关系数和可靠性理论相结合的方法，综合考虑结构、材料等变量对制动鼓渐变可靠性能的影响，为鼓式制动器结构改进提供参考依据。本文主要研究内容如下: 　　(1)采用仿射响应面法对制动力矩进行区间分析，得到紧急制动工况下输出最大制动力矩的变化范围。对制动系统的关键结构进行力学分析，构建制动促动力及制动力矩表达式，采用IARSM仿射算法进行区间求解，并采用区间MonteCarlo算法对求解结果进行检验。将得到数据对比表明仿射响应面法可以较好的抑制区间扩张问题。同时求得制动系统输出制动促动力的表达式，为下文进行仿真分析奠定基础。　　(2)通过仿真分析揭示了制动鼓主要失效形式，并构建随机最大载荷与参数变量之间的函数关系。在紧急制动工况下对结构分别进行瞬态结构仿真和热-结构耦合仿真分析，得到鼓式制动器主要失效部位为制动鼓法兰根处和制动鼓内表面处。法兰根处受到热应力影响较小，故在瞬态分析中通过可靠性设计实验及BP神经网络拟合得到随机最大载荷与设计变量之间的函数表达式。在热-结构耦合分析中求取制动鼓内表面处最大应力与相关参数变量的数学关系，为下文对制动鼓进行渐变可靠性分析做铺垫。　　(3)构建制动鼓两个危险部位极限状态方程并进行渐变可靠性分析，揭示了随机变量对鼓式制动器可靠性能的影响。求取制动鼓危险部位发生破坏时所对应的紧急制动次数，利用Gamma函数模拟强度随机退化过程，根据应力强度干涉模型建立极限状态方程并求取制动鼓法兰根处的可靠度及灵敏度的变化曲线。针对制动鼓内表面处渐变可靠性分析，使用nCodeDsignlife软件求取一次紧急制动过程中制动鼓的疲劳损伤度，并结合剩余强度理论构造临界状态表达式，采用可靠性分析的四阶矩法求取结构可靠度的变化和随机变量对制动鼓可靠性的影响。　　(4)在鼓式制动器两处危险部位渐变可靠性分析中分别考虑随机变量的相关性对可靠性指标及渐变可靠度等的影响。研究表明制动鼓材料属性之间的相关性对可靠性指标影响较大。制动鼓的结构参数以及施加载荷之间的相关系数对其影响较小。在渐变可靠性分析中引入相关性理论，结果显示相关系数对制动鼓可靠度的影响在允许范围内。　　(5)根据研究采用的鼓式制动器搭建测量应力所需试验台，分析在不同初速度下进行紧急制动时，摩擦衬片在制动过程中径向应力的变化过程，随后根据测量的制动器尺寸与采集得到的实验相关数据利用有限元软件进行仿真分析，将试验结果与仿真结果进行对比表明仿真得到的制动应力与试验数据较为吻合，故本文基于有限元仿真结果对制动鼓进行渐变可靠性分析对实际工程具有指导意义。
作者：	赵浩园
专业：	车辆工程
导师：	杨周
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2021