某汽车制动盘的模态与热分析研究

摘要

随着时间的发展，汽车功能愈加成熟，人们也愈加重视汽车安全问题。据统计，在一系列交通事故中，有接近45%的几率是制动系统失效造成的，制动系统失效往往是制动盘受到持续热冲击导致。当汽车制动时，制动盘的转速接近其固有频率时候，制动系统容易发生共振，产生噪音，危害汽车的安全。所以对制动盘进行模态与热分析很有必要。本文针对某汽车盘式制动器在制动过程产生振动与过热现象，以制动盘为研究载体，对其进行模态与热分析，最后通过改变制动盘构型来进行仿真对比分析。　　首先，对有限元、模态分析和热分析理论及本文所使用的HyperMesh、ANSYS软件进行介绍。在此基础上，对制动盘和摩擦片进行三维建模，使用HyperMesh进行网格划分得到有限元模型，参考经验公式得到热流密度、对流换热系数和制动压力的拟合曲线。　　其次，在ANSYS中进行模态与热分析。对制动盘和摩擦片进行模态分析，发现两者的最小固有频率远大于工作频率，且最小间隔为104.1Hz。制动盘温升模拟表明在2.40s时摩擦环上最高温度为214.05℃。通过热-结构耦合发现在1.8s时散热筋板边缘出现最大等效应力为207MPa。　　最后，通过对制动盘打圆孔、改变散热筋板数量、改变散热筋板厚度三种方式来进行仿真对比分析。通过打45个直径10mm圆孔，制动盘最高温度降低0.47%，起到排粉清洁的目的，质量降低3.16%，热应力增大18.84%；增加散热筋板数量为60个，制动盘最高温度降低0.3%，热应力降低9.96%，质量增加3.37%，增加相关成本；将散热筋板厚度改为14mm，制动盘热应力降低0.47%，质量降低1.16%，最高温度增加4.16%；通过减小散热筋板数量为15个、增大散热筋板厚度为14mm，制动盘与摩擦片固有频率最小间隔分别增加31.70%、43.32%，使制动更安全。

目录

声明

第1章绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 制动盘和摩擦片模态研究

1.2.2 制动盘热分析研究

1.3 主要研究内容

第2章制动盘模态与热分析理论基础

2.1 有限元基础理论

2.1.1 有限元方法理论

2.1.2 有限元方法步骤

2.1.3 八节点六面体单元求解

2.2 模态分析理论基础

2.3 热分析理论基础

2.3.1 热传递方式

2.3.2 热分析控制方程

2.4 热-结构耦合理论基础

2.5 软件包简介

2.5.1 HyperMesh软件简介

2.5.2 ANSYS软件简介

2.6 本章小结

第3章制动盘模态与热分析

3.1.1 实体模型的建立

3.1.2 有限元网格的划分

3.2 制动盘和摩擦片的材料参数

3.3.1 模态分析边界条件

3.3.2 制动盘模态分析结果

3.3.3 摩擦片模态分析结果

3.4 制动盘热分析

3.4.1 热流密度确定

3.4.2 对流换热系数确定

3.4.3 热辐射确定

3.4.4 热边界条件施加

3.4.5 制动盘温升结果

3.5.1 载荷确定

3.5.2 热应力边界条件施加

3.5.3 制动盘热应力结果

3.6 本章小结

第4章多构型对制动盘模态与热分析影响

4.1 打孔对制动盘模态与热分析影响

4.1.1 打孔制动盘模态分析结果对比

4.1.2 打孔制动盘温升结果对比

4.1.3 打孔制动盘应力结果对比

4.2 散热筋板数量对制动盘模态与热分析影响

4.2.1 不同散热筋板数量制动盘模态分析结果对比

4.2.2 不同散热筋板数量制动盘温升结果对比

4.2.3 不同散热筋板数量制动盘应力结果对比

4.3 散热筋板厚度对制动盘模态与热分析影响

4.3.1 不同散热筋板厚度制动盘模态分析结果对比

4.3.2 不同散热筋板厚度制动盘温升结果对比

4.3.3 不同散热筋板厚度制动盘应力结果对比

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢