基于材料匹配性的盘式制动片热-应力耦合场研究

摘要

盘式制动器制动片匹配性对制动性能影响很大。本文基于材料匹配性讨论了热—应力耦合场的影响因素及其物理和力学特性。 文中研究了盘式制动器制动过程中的摩擦热生成和热流分配机理，在此基础上建立了制动片热—应力耦合场模型和分析了摩擦热—应力耦合场。 为了研究这种热—应力耦合场规律，本文建立了制动片热—应力耦合场分析系统，该系统不仅可实现C++语言和APDL命令语言的嵌套，而且可实现制动器结构和材料参数化设计。研究表明，该系统为制动器的热—应力耦合场仿真设计提供了方便。 文中利用制动片热—应力耦合场分析系统，采用材料参数匹配的方法，在ANSYS平台上对盘式制动器制动片热—应力耦合仿真设计，并进行了极值讨论。研究表明：较低的制动片密度、弹性模量和热膨胀系数有利于降低其制动温度和应力极值，并且延缓极值出现的时间，有利于提高制动片制动性能。文中研究了制动过程中摩擦热—应力耦合场的相互影响。研究表明：制动片部位不同，摩擦热—应力也不同，且制动片结构参数极大地影响热—应力耦合场。研究还表明：适当增加制动片背板厚度有利于降低制动过程中的温度和应力，提高制动片的制动性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究现状

1.2.1制动器表面摩擦热力学研究现状

1.2.2制动器温度场和应力场研究现状

1.3 课题研究的意义与内容

1.4 课题来源

第二章 盘式制动器热-应力耦合场模型研究

2.1制动摩擦生热理论

2.1.1制动摩擦热产生

2.1.2制动器摩擦热分配

2.2制动器温度场模型的建立

2.3制动器热-应力耦合场理论分析模型

2.3.1制动器的热应力

2.3.2热-应力耦合场模型的建立

2.3.3热-应力耦合场的有限元求解

2.4本章小结

第三章 制动器制动片热-应力耦合有限元研究

3.1有限元方法

3.2制动器有限元计算模型的假设条件

3.3制动器摩擦副物理模型

3.3.1制动器物理模型

3.3.2制动器模型结构尺寸

3.3.3制动器模型工况条件

3.4制动器耦合场有限元模型

3.4.1有限元模型网格划分

3.4.2制动器制动片导热方程

3.4.3温度边界条件

3.4.4位移边界条件

3.5耦合场有限元模型材料参数

3.5.1制动片材料主要参数界定

3.5.2摩擦副材料匹配性参数

3.6本章小结

第四章 制动器制动片热-应力耦合场分析系统

4.1 VC++与APDL的嵌套技术

4.1.1 APDL语言简介

4.1.2 VC++6.0编译环境简介

4.1.3 APDL命令流文件的生成

4.1.4 VC++6.0与ANSYS的接口技术

4.2分析系统设计流程及功能实现

4.2.1分析系统的设计流程

4.2.2分析系统功能实现

4.3本章小结

第五章 制动片热-应力耦合场计算结果与分析

5.1制动器热-应力耦合场计算流程

5.2制动器耦合场有限元计算程序

5.2.1初始应力前处理代码

5.2.2初始应力场求解代码

5.2.3提取初始应力场结果

5.2.4热-应力耦合场计算代码

5.3基于材料匹配性的耦合场计算与分析

5.3.1制动过程中热-应力极值讨论

5.3.2应力场与温度场的相互影响

5.3.3结构参数对制动片热-应力耦合场的影响

5.4本章小结

第六章 课题研究总结与展望

6.1课题研究总结

6.2展望

参考文献

致谢

附录一研究生期间发表的论文