汽车盘式制动器热机耦合研究

摘要

汽车盘式制动器制动过程是一个典型的热机耦合过程，热机耦合动力学过程会对制动器的热疲劳、振动与噪声产生重要影响，是汽车制动器重要的设计开发内容。本论文针对前期研究中发现的盘式制动器制动抖动过程中存在的热机耦合现象，利用有限单元仿真分析的方法进行发生机理与影响因素的研究。 论文的主要研究内容与成果包括： 第一部分阐述了论文研究的基础理论部分，包括摩擦生热理论，热传导理论，接触理论和热机耦合理论的有限元描述，建立了三维瞬态温度场传导方程，给出了热变形的有限元描述方式，并对系统的温度边界条件，结构约束边界条件做出了分析，为有限元仿真建模奠定理论基础。 第二部分针对某车型前盘式制动器建立热机耦合分析动力学模型，并进行了热机耦合动力学现象的仿真分析。利用三维建模软件UG建立实际尺寸数据模型，运用有限元前处理软件Hypermesh对制动器进行六面体网格划分，并利用非线性有限元分析软件Msc.marc建立制动器热机耦合分析模型。论文对有限元仿真结果进行分析，分析制动过程制动盘的温升特性和温度分布，接触压力分布特性，制动盘翘曲现象和制动盘厚薄差及其变化。 第三部分进行了模型的试验验证，并基于模型进行了制动盘几何尺寸不均特性影响分析。论文通过台架试验结果与有限元仿真结果进行对比，在相同工况下制动盘温升和翘曲量的仿真结果与试验结果有较好的吻合度，证明了该非线性热机耦合模型的有效性。还对存在初始SRO和初始DTV的非均匀制动盘进行热机耦合分析，从定性和定量两个方面分析了初始SRO和初始DTV对制动盘温度分布，接触压力分布，翘曲和厚薄差及其变化的影响。 论文最后对全文进行系统总结，得到研究结论，列出了本论文的创新点，并对未来的研究工作提出建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 选题背景

1.1.1 汽车盘式制动器简介

1.1.2 盘式制动器的热机耦合现象

1.1.3 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 总体状况

1.2.2 研究方法

1.2.3 存在的问题与不足

1.3 本文研究内容

第2章理论基础

2.1 摩擦生热理论

2.1.1 摩擦模型

2.1.2 摩擦热源

2.2 热传导理论

2.2.1热传导方程

2.2.2热边界条件

2.2.3三维瞬态温度场传导方程

2.3接触理论

2.4有限元数值计算方法

2.4.1热传导的有限元求解

2.4.2热机耦合的有限元描述

2.5本章小结

第3章有限元建模

3.1有限元软件简介

3.1.1 Hypermesh简介

3.1.2 Msc.marc简介

3.2三维模型的建立

3.3 Hypermesh网格划分

3.3.1几何模型简化

3.3.2网格划分

3.3.3网格质量检查

3.4模型参数确定

3.4.1基本假设

3.4.2材料的物理特性

3.4.3制动转速确定

3.4.4摩擦系数的确定

3.4.5热对流系数确定

3.5 Msc.marc模型设定

3.6本章小结

第4章有限元仿真结果分析

4.1制动盘温度变化及分布

4.1.1制动盘摩擦面温升特性

4.1.2制动盘温度分布

4.2接触压力分布

4.3制动盘翘曲

4.3.1翘曲的定义

4.3.2翘曲与SRO的关系

4.3.3翘曲产生的机理

4.3.4翘曲仿真结果分析

4.4制动盘DTV及其变化

4.4.1 DTV简介

4.4.2制动盘厚度变化

4.4.3制动盘DTV变化

4.5本章小结

第5章有限元模型验证

5.1台架试验

5.2试验数据处理

5.3有限元模型验证

5.3.1制动盘温度对比

5.3.2制动盘翘曲对比

5.4本章小结

第6章参数灵敏度分析

6.1初始SRO的影响

6.1.1初始SRO对温度的影响

6.1.2初始SRO对接触压力的影响

6.1.3初始SRO对翘曲的影响

6.1.4初始SRO对DTV的影响

6.2初始DTV的影响

6.2.1初始DTV对温度的影响

6.2.2初始DTV对接触压力的影响

6.2.3初始DTV对翘曲的影响

6.2.4初始DTV对DTV的影响

6.3本章小结

第7章全文总结与展望

7.1全文总结

7.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果