氣壓盤式制動(dòng)器熱-結(jié)構(gòu)耦合與熱衰退性能研究.pdf

1、制動(dòng)器是汽車行駛中涉及安全的關(guān)鍵部件，很大一部分交通事故是由于制動(dòng)器的熱疲勞破壞或熱衰退導(dǎo)致制動(dòng)失效引起的，因此制動(dòng)器的熱力學(xué)設(shè)計(jì)是汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)難題。對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行熱衰退、熱疲勞分析主要采用的是基于有限元法的溫度場(chǎng)數(shù)值仿真，其中的關(guān)鍵問題在于如何建立合理的熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元分析模型，以及準(zhǔn)確的分析在不同制動(dòng)工況下因摩擦熱引起的瞬態(tài)變化的溫度場(chǎng)。
　　 本文首先運(yùn)用三維軟件PROE建立氣壓盤式制動(dòng)器幾何模型，轉(zhuǎn)換

2、成IGS格式后導(dǎo)入到HYPERMESH軟件中劃分網(wǎng)格?；谀Σ凉β史?，計(jì)算緊急制動(dòng)工況下隨時(shí)間和徑向位置變化的熱流密度函數(shù)，運(yùn)用APDL編程實(shí)現(xiàn)熱流密度載荷的周向勻減速循環(huán)移動(dòng)，計(jì)算擬合制動(dòng)盤表面、散熱筋處對(duì)流換熱系數(shù)隨時(shí)間變化的函數(shù)，考慮材料熱物理性能參數(shù)隨溫度的變化。應(yīng)用有限元軟件ANSYS建立緊急制動(dòng)工況下三維瞬態(tài)非循環(huán)對(duì)稱有限元模型，分析緊急制動(dòng)過程中制動(dòng)盤瞬態(tài)溫度場(chǎng)在軸向、徑向和周向的分布規(guī)律?？紤]離心載荷的影響，采用熱-結(jié)構(gòu)

3、順序耦合法分析緊急制動(dòng)工況下，制動(dòng)盤軸向和徑向節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力場(chǎng)分布特性。分析結(jié)果表明:制動(dòng)盤在軸向和徑向上溫度梯度較大，而在周向上的溫度梯度相對(duì)較小。隨著時(shí)間的增大，制動(dòng)盤溫度場(chǎng)趨于軸對(duì)稱分布。在制動(dòng)初期，制動(dòng)盤溫升較快，其應(yīng)力變化也比較快，當(dāng)盤溫趨于均勻分布時(shí)，制動(dòng)盤上相同位置的應(yīng)力也趨于均勻。最高溫度與最大應(yīng)力產(chǎn)生時(shí)刻、位置相同。由于移動(dòng)熱源的熱流沖擊和對(duì)流換熱的交替作用，各節(jié)點(diǎn)溫度曲線表現(xiàn)出鋸齒形的波動(dòng)，隨著制動(dòng)時(shí)間的不斷增大，波動(dòng)頻

4、率逐漸減小。不均勻的溫度場(chǎng)分布導(dǎo)致了不均勻的熱應(yīng)力場(chǎng)，各節(jié)點(diǎn)熱應(yīng)力曲線也表現(xiàn)出與溫度曲線相類似的波動(dòng)，表明制動(dòng)過程中制動(dòng)盤溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)存在耦合關(guān)系。
　　 其次將制動(dòng)盤網(wǎng)格和熱邊界條件簡(jiǎn)化為循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，建立循環(huán)制動(dòng)、長(zhǎng)下坡制動(dòng)工況下三維瞬態(tài)循環(huán)對(duì)稱有限元模型?？紤]散熱筋數(shù)量、制動(dòng)盤厚度兩種不同制動(dòng)盤結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響，分析循環(huán)制動(dòng)和長(zhǎng)下坡制動(dòng)過程中制動(dòng)盤瞬態(tài)溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。
　　 最后根據(jù)文獻(xiàn)資料，擬合出盤式制