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正交各向异性C/SiC复合材料通风盘式制动器振动模态及热--机耦合仿真优化分析
| 论文题名： | 正交各向异性C/SiC复合材料通风盘式制动器振动模态及热--机耦合仿真优化分析 |
| 关键词： | 汽车通风盘式制动器;碳/碳化硅复合材料;温度场;振动模态;热-机耦合仿真 |
| 摘要： | 制动器在车辆行车安全中起着至关重要的作用。行车过程中，制动器能在必要时让汽车快速减速慢行或者停止，以免制动不良导致交通事故。同时制动器也改善了汽车的操控性能，便于司机紧急情况时对汽车进行操控，保障行车安全。制动器发生振动摩擦时，会发出噪音和热量，导致温度过高引起热应力等等，这均可能对制动器安全性造成潜在影响。因此，精确地对制动器进行振动稳定性及热-机耦合仿真分析，可以更深入理解制动器的热力性能并进一步提升制动效率与安全性。 本文以正交各向异性C/SiC复合材料汽车通风盘式制动器为主要研究对象。首先，依据汽车制动器的实际尺寸建立三维有限元模型，以复模态仿真分析理论为依据，基于有限元软件ABAQUS,针对正交各向异性C/SiC复合材料汽车通风盘式制动器，通过划分网格、设定相关参数、施加边界条件，进行了复特征值模态分析，提取特征值和模态振型，并从结构参数、材料参数及工况参数对振动模态进行了影响因素分析。 基于热-机耦合仿真理论基础，计算确定通风盘式制动器的制动工况、热荷载边界及位移边界条件，并在非线性有限元软件ABAQUS中进行划分网格、设定相关参数和施加边界条件。利用有限元软件ABAQUS,针对灰铸铁材料制动器、C/SiC复合材料制动器和铝合金复合材料制动器进行热-机耦合仿真，分别对比了这三种材料制动盘温度场及应力场的分布特性。通过完全热-机耦合的方法，对正交各向异性C/SiC复合材料制动器在紧急制动工况下模拟仿真，并探究其径向、轴向及周向三个方向节点温度及应力的变化趋势，总结在紧急制动过程中正交各向异性C/SiC复合材料制动盘瞬态温度场及应力场的分布云图及分布规律，探究两者之间的相互耦合关系。 最后基于建立的正交各向异性C/SiC复合材料制动器，建立圆形凹坑结构和正方形凹坑结构三维制动器模型，利用正交试验对凹坑的深度、直径、圆周方向相邻凹坑间隔度数及类型四个方面进行结构优化分析，并得到散热良好的制动器结构。基于仿真优化后结果，考虑不同制动初速度，制动压力、摩擦系数，膨胀系数等影响因素对优化模型温度场进行影响因素分析。 |
| 作者： | 朱玉玲 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 王优强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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