ABS作用下的车辆盘式制动器动态摩擦热耦合分析

摘要

制动器制动过程中,制动盘与制动片接触表面上的压力和温度变化对材料的机械性能以及制动器的制动效果具有较大的影响。在ABS作用下,对具有不同的初始速度车辆,施加不同的制动载荷,将会表现出不同的制动特性。本文针对制动器工作载荷的不同形式对制动器的热—应力耦合进行了研究。本文基于摩擦生热原理,分析了车辆制动器在制动过程中的热生成原理,并结合有限元方法给出了热—应力耦合的求解方法,考虑到材料与温度的非线性关系,建立了接近实际的有限元分析模型,基于该模型,采用直接耦合方法,对制动过程中的动态热—应力耦合场进行了分析,探讨了弹性模量对制动温升和接触应力的影响。为了对理论模型进行评价选择不同硬度的制动片和制动盘匹配进行实例验证,具体结论如下:
　　1、在制动过程中,制动盘的摩擦表面将经历一个最高的温度。如果制动时间为1秒时,则由分析得出最高温度发生在大约进入制动时间的0.31s。在制动过程中,接触应力峰值从盘的端部向中部转移,并呈现为波动形式。当ABS起作用时,制动盘和制动片的温度幅值比较低,热机械耦合效果不明显。
　　2、当制动压力较小时,可只考虑制动盘本身的机械性能对制动的影响;当制动压力较大时,由此产生的温升也较大,此时需考虑温度与力学性能耦合作用对制动的影响。
　　3、材料的弹性模量对制动过程中的温升影响显著。对于制动盘,弹性模量越大,制动盘温升值越大;设计时应使用弹性模量小的制动片来降低制动器的温升。4、通过实验对所建立的分析模型进行了验证,验证了制动过程材料硬度对制动盘温升的影响,得出制动片硬度比较大的制动盘的温升增长变快,而且硬度增长到一定的程度其温度升增长明显。

目录

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景

1.2 制动系统发展概述

1.2.1 制动器的发展现状

1.2.2 ABS的发展及应用

1.3 课题研究现状

1.3.1 制动器表面摩擦热力学研究现状

1.3.2 制动器温度场和应力场研究现状

1.4 本课题的研究内容及意义

1.5 项目来源

第二章 制动器摩擦热—应力耦合场理论研究

2.1 摩擦生热原理

2.1.1 制动器摩擦热能量分配

2.2 制动器温度场模型的建立

2.2.1 传热分析有限元法原理

2.2.2 热应力分析的基本原理

2.3 本章小结

第三章 制动器热—应力耦合有限元模型研究

3.1 有限元分析与ABAQUS介绍

3.2 制动器有限元分析的假设条件

3.3 制动器有限元分析模型

3.3.1 制动器有限元分析模型的结构原理

3.3.2 制动器分析模型的结构尺寸

3.3.3 制动器制动过程的模拟工况

3.4 制动器分析模型网格划分与边界条件

3.4.1 有限元算法比较

3.4.2 有限元模型网格划分

3.4.3 温度边界条件建立

3.4.4 位移载荷边界条件

3.4.5 摩擦副材料参数

3.5 本章小结

第四章 制动器动态热—应力耦合计算结果与分析

4.1 制动器有限元分析流程

4.2 有限元分析程序

4.2.1 建模

4.2.2 材料参数设置

4.2.3 单元类型选择

4.2.4 定义接触和接触属性

4.2.5 边界条件设定

4.3 低速制动过程分析

4.4 高速制动过程分析

4.5 弹性模量对制动盘温升的影响

4.6 结论

第五章 制动片和制动盘定速试验研究

5.1 盘式制动器温升试验原理

5.2 制动器温升试验设备

5.3 制动器温升试验方案

5.4 试验结果及分析

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录一 研究生期间发表的论文