盘式制动器热力耦合瞬态温度场仿真与分析

摘要

汽车的制动系统是汽车系统中举足轻重的系统,其性能的优劣直接决定整个汽车的最大制动速度。汽车制动的本质是是制动盘和摩擦片的摩擦,制动盘和摩擦片的摩擦是个复杂的问题,其涉及到摩擦学,材料学,机械学,热力学等多个学科,制动盘和摩擦片的摩擦问题就是完全热力耦合问题,温度场和应力场的求解必须同时求解。
　　本文基于计算机辅助工程技术建立制动盘摩擦片瞬态温度场模型,求解出制动盘和摩擦片在单次紧急制动工况下的温度场和应力分布。找到了温度和应力的耦合关系。并基于控制变量法,分析了六大参数对温度场和应力分布的影响。通过对比同行的数据和模型验证了本文模型的正确性和可靠性。最后基于温度场的分析结果对现有制动盘摩擦片提出了结构改进,并运用仿真手段对改进后的结构进行了仿真分析。这对于制动器的仿真、研发和制造具有重要的意义。
　　首先,本文建立制动盘摩擦片完全耦合瞬态热应力分析模型,得到了制动盘和摩擦片在整个制动过程中的温度、位移、应力、接触状态和接触压力。
　　其次,运用控制变量法,建立了十八种制动盘和摩擦片温度场模型,完成了六大参数对温度场和应力场的影响分析,并给出了详细的分析和解释。同时文中对比分析了热膨胀系数为零和非零两种工况,得到了制动盘温度场模型中温度和应力的耦合流程和具体的耦合关系。
　　最后,基于温度场和热应力分布的仿真结果,提出了三种制动盘和摩擦片的改进方案,研究对比三种方案在散热、温度和应力方面的效果。结果显示摩擦片水平开槽结构在应力、温度和厚度方向热膨胀量方面都显示出比改进前结构更好的性能。

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题意义

1.3 国内外摩擦盘式制动盘热研究概况

1.4 国内外文献研究小结

1.5 本文主要研究内容

2 盘式制动器瞬态分析有限元方程

2.1 引言

2.2 有限元思想的发展和基本原理简述

2.3 平面应力静力学有限元基本方程推导

2.4 空间实体单元的有限元方程

2.5 瞬态响应有限元方程

2.6 制动盘传热学分析

2.7 温度场控制方程有限元求解

2.8 温度场热应力分析

2.9 本章小结

3制动盘温度场热力耦合模型有限元建模

3.1 ABAQUS软件简介

3.2 ABAQUS的摩擦接触算法

3.3 制动盘和摩擦片有限元接触模型建模

3.4 本章小结

4 盘式制动器瞬态温度场结果及分析

4.1 温度场和应力场云图分析

4.2 制动摩擦耦合模型参数分析

4.3 制动模型接触耦合分析

4.4 本章小结

5 制动盘摩擦片结构改进和分析

5.1 现有制动盘优化设计方案

5.2 制动盘的优化设计

5.3 本章小结

6 全文总结和展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录1 工况参数表

附录2 作者攻读硕士期间发表的论文