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制动盘表面结构仿生构建与制动性能仿真分析
| 论文题名： | 制动盘表面结构仿生构建与制动性能仿真分析 |
| 关键词： | 制动盘;非光滑表面结构;有限元仿真;制动性能;耐磨性能;散热性能 |
| 摘要： | 汽车的安全性是汽车设计制造过程中考虑的最重要指标，而汽车的制动性能可靠性则是衡量汽车安全标准的最重要因素。目前主要通过改变制动盘摩擦材料、采用表面改性技术或改变制动盘表面结构来改善其制动性能，但存在研发周期长、生产成本高、耐磨性能不够理想等不足。表面结构设计加工成宏观沟槽几何形貌的制动盘，其摩擦系数和耐磨特性明显高于普通制动盘。因此，设计具有较好几何形貌结构的制动盘成为研究的关键。本文旨在仿生设计具有较好制动特性的制动盘表面结构，以显著提高制动盘的制动性能。 本文首先对制动盘表面结构进行仿生构建。参考利用生物体表形成仿生形态样件的方法，基于蝗虫体表不同部位所具有的特殊几何非光滑形态结构而表现出的良好耐磨特性，采用三维软件得到几种具有孔、槽等特征的制动盘表面非光滑结构仿生模型。其次对仿生模型进行应力场分析。运用Workbench仿真不同表面结构制动盘在不同初始速度下的制动时间及应力分布，得到了仿生制动盘表面结构的变化对制动效能和耐磨性能的影响情况，沟槽表面制动盘的制动效能和耐磨性能相对较好。再次对仿生模型进行热应力耦合场分析。根据热分析理论，运用Workbench对模型进行了不同初始速度下瞬态温度场仿真分析，表面具有微凹坑结构的制动盘表现出较好的散热性能。这源于圆凹坑表面更易储存空气，能够实现制动盘与空气的快速换热，从而有效地降低了因温度迅速升高而引起的热疲劳破坏和热摩擦磨损。最后对表面结构仿生制动盘进行优化构建。将具有较好制动效能和耐磨性能的沟槽结构和具有最优散热性能的凹坑结构进行特征组合，得到了制动效能、耐磨性能和散热性能均较好的制动盘表面结构模型。 基于昆虫非光滑表面耐磨理论，通过仿真分析手段，阐述了制动盘表面结构的变化对制动效能、耐磨性能以及散热性能的影响情况，为具有更优制动性能制动盘的提出提供了理论基础。 |
| 作者： | 高雅妍 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王立新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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