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气压盘式制动器热-结构耦合与热衰退性能研究
| 论文题名： | 气压盘式制动器热-结构耦合与热衰退性能研究 |
| 关键词： | 盘式制动器;热结构耦合;预喷气缸;有限元分析;热衰退 |
| 摘要： | 制动器是汽车行驶中涉及安全的关键部件，很大一部分交通事故是由于制动器的热疲劳破坏或热衰退导致制动失效引起的，因此制动器的热力学设计是汽车制动系设计中的一个关键性技术难题。对制动器进行热衰退、热疲劳分析主要采用的是基于有限元法的温度场数值仿真，其中的关键问题在于如何建立合理的热-结构耦合有限元分析模型，以及准确的分析在不同制动工况下因摩擦热引起的瞬态变化的温度场。 本文首先运用三维软件PROE建立气压盘式制动器几何模型，转换成IGS格式后导入到HYPERMESH软件中划分网格。基于摩擦功率法，计算紧急制动工况下随时间和径向位置变化的热流密度函数，运用APDL编程实现热流密度载荷的周向匀减速循环移动，计算拟合制动盘表面、散热筋处对流换热系数随时间变化的函数，考虑材料热物理性能参数随温度的变化。应用有限元软件ANSYS建立紧急制动工况下三维瞬态非循环对称有限元模型，分析紧急制动过程中制动盘瞬态温度场在轴向、径向和周向的分布规律。考虑离心载荷的影响，采用热-结构顺序耦合法分析紧急制动工况下，制动盘轴向和径向节点的应力场分布特性。分析结果表明:制动盘在轴向和径向上温度梯度较大，而在周向上的温度梯度相对较小。随着时间的增大，制动盘温度场趋于轴对称分布。在制动初期，制动盘温升较快，其应力变化也比较快，当盘温趋于均匀分布时，制动盘上相同位置的应力也趋于均匀。最高温度与最大应力产生时刻、位置相同。由于移动热源的热流冲击和对流换热的交替作用，各节点温度曲线表现出锯齿形的波动，随着制动时间的不断增大，波动频率逐渐减小。不均匀的温度场分布导致了不均匀的热应力场，各节点热应力曲线也表现出与温度曲线相类似的波动，表明制动过程中制动盘温度场和应力场存在耦合关系。 其次将制动盘网格和热边界条件简化为循环对称结构，建立循环制动、长下坡制动工况下三维瞬态循环对称有限元模型。考虑散热筋数量、制动盘厚度两种不同制动盘结构参数对温度场的影响，分析循环制动和长下坡制动过程中制动盘瞬态温度场的分布规律。 最后根据文献资料，拟合出盘式制动器摩擦副摩擦因数温度特性曲线。分析制动过程中摩擦因数变化以及衰退规律，分析长下坡制动过程中摩擦因数衰退对制动效能的影响。分析结果表明:在不同的制动器结构参数下，制动开始时，摩擦因数有所增大，但增幅很小，并在制动的中期基本维持不变。随着制动时间的延长，摩擦因数急剧下降，出现明显的热衰退现象。 |
| 作者： | 张剑 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 夏长高 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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