多工况下轿车离合器压盘温度场与应力场的规律研究

摘要

离合器是汽车的一个重要部件。作为离合器的主要零件之一，压盘也是使用最频繁、受力情况最为复杂的零件。在多重应力的作用下，压盘断裂的现象时有发生。随着商用车的大型化和运动型轿车的发展，汽车发动机功率不断增加，压盘的热负荷设计以及失效分析问题受到越来越多的重视。本文针对多种工况下的离合器压盘温度场与应力场的变化问题，做了以下工作:
　　 首先，对摩擦学、传热学和热应力的相关理论进行了介绍，对其中相关数值计算方法进行了说明，简要阐述了有限元分析中摩擦学、传热学和热应力的数学计算基础，以及对耦合场分析的不同处理方法的比较和选择。
　　 其次，通过对离合器的接合特性详细分析，引出了滑磨功的定义。然后根据摩擦学、传热学中相关理论和实际工况，对离合器的结合过程进行了相关的简化处理。在此基础上，再由汽车的功率平衡方程出发，利用汽车质量、载重量、主速比、一档速比、汽车轮胎的滚动半径已经以及发动机的外特性等基本参数进行推导，最后得到滑磨功的基本计算公式。
　　 综合使用Pro\E，Hypermesh和MSC.Marc等软件，完成压盘三维数模的建立和简化，完成有限元分析的网格划分、材料属性定义以及载荷的加载等前处理工作，同时根据压盘实际工作状态和目前理论研究的进展，对前处理工程中不同的方法、方式进行了比较、筛选和选择，力图为压盘热—结构耦合分析的处理过程寻得一条统一的标准化流程。
　　 最后，根据相关法律法规和实际情况，定义了ABE Test和ThermalShock两种标准起步工况、持续滑磨和连续起步两种恶劣工况，并完成了这些工况下的有限元分析。通过对有限元结果的研究，得出了多工况下压盘温度场和应力场随半径及时间的变化规律。
　　 本文以有限元分析的方式，得出不同工况下下压盘温度场和应力场随半径及时间的变化规律，为离合器的设计提供一定的理论指导，另一方面，将离合器压盘的热—结构耦合分析过程标准化，将材料属性定义、加载方式、工况定义等方面的处理进行统一化和规范化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 本论文研究的背景

1．3 本领域内的研究现状

1．4 本文的主要内容和组织结构

1．5 本章小结

第二章 摩擦学、传热学、热力学基本理论

2．1 摩擦学相关理论

2．1．1 真实接触面积

2．1．2 摩擦理论

2．1．3 摩擦中的能量变化

2．2 传热学相关理论

2．2．1 热传导

2．2．2 热对流和对流换热

2．2．3 热辐射与辐射换热

2．3 热应力相关理论

2．4 温度场与应力场的耦合分析

2．4．1 耦合分析方法

2．4．2 耦合分析方法的选择

2．5 本章小结

第三章 滑磨功的计算

3．1 离合器的工作过程和接合特性

3．2 滑磨功的定义和计算

3．2．1 滑磨功的定义

3．2．2 滑磨功的计算

3．3 标准工况下的滑磨功计算

3．4 本章小结

第四章 有限元前处理

4．1 模型的处理

4．1．1 模型的简介和简化

4．1．2 有限元网格的划分

4．2 材料的本构关系

4．2．1 密度

4．2．2 热物理学性能

4．2．3 力学性能

4．3 载荷的处理和施加

4．3．1 热载荷的处理和施加

4．3．2 机械载荷的处理和施加

4．4 本章小结

第五章 有限元计算结果与分析

5．1 关于分析过程的说明

5．1．1 考察点的设定

5．1．2 评价指标的选择

5．2 标准起步工况下的有限元计算结果与分析

5．2．1 温度场的变化规律

5．2．2 应力场的变化规律

5．3 恶劣工况下的有限元计算结果与分析

5．3．1 恶劣工况的说明和定义

5．3．2 温度场的变化规律

5．3．3 应力场的变化规律

5．4 压盘的改进和简要分析

5．4．1 压盘材料的分析

5．4．2 压盘材料的改进及有限元结果简要分析

5．5 压盘温度场与应力场变化规律的总结

5．6 本章总结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

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