牵引车气压盘式制动器热—结构耦合分析与优化

作     者：陈叶飞 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王若平

授予年度：2017年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：牵引车 气压盘式制动器 热—结构耦合分析 台架试验 代理模型 优化设计 

摘      要：气压盘式制动器是牵引车气压制动系统里面的最主要执行机构,制动器性能的好坏直接关系到牵引车行驶的安全。相对于鼓式制动器,盘式制动器的总体性能较好,目前已经广泛应用于重型汽车行业。牵引车气压盘式制动器的制动过程是温度等多物理场的耦合过程,这种耦合过程会影响盘式制动器的制动性能,因此有必要对牵引车气压盘式制动器制动过程中的耦合关系作深入研究。本文以某型牵引车气压盘式制动器为研究对象,进行气压盘式制动器热-结构耦合分析。本文对气压盘式制动器的研究内容如下:(1)根据盘式制动器的二维图纸,运用Pro/E软件建立气压盘式制动器的三维模型,在不影响精度的情况下对气压盘式制动器做适当的简化,然后将简化后的模型导入至ABAQUS软件中,基于热-结构耦合相关理论以及合理的假设,计算出仿真分析所需的边界条件,最后对模型进行网格划分,得到气压盘式制动器的有限元模型。(2)对建立好的盘式制动器有限元模型进行仿真分析,仿真工况为紧急制动工况和长坡制动工况,仿真得到牵引车气压盘式制动器紧急制动过程中的温度场和应力场的变化情况。温度场在整个制动过程中都呈现非轴对称分布,制动盘的径向和轴向温差较大,周向的温差较小。应力场的分布与温度场类似,最大应力出现在制动盘与摩擦衬块接触的区域,制动盘接触表面的三向应力都表现为压应力。长坡制动过程中,制动盘的温度场由非对称分布逐渐变为对称分布。(3)按照企业Q/ZZ 11210-2012《中国重汽气压盘式制动器台架试验规范》对牵引车气压盘式制动器进行台架试验,试验得到制动盘制动过程中的温升数据,将试验数据与仿真结果作对比,结果表明二者曲线变化趋势一致,证明本文建立的牵引车气压盘式制动器有限元模型是可靠的。(4)通过最优拉丁超立方试验获取设计变量的样本数据,运用Isight软件建立牵引车气压盘式制动器最高温度和最大应力的克里格模型,运用R-Square误差分析方法对代理模型的可靠性作分析,分析结果证明建立的代理模型可信度高。(5)基于已建立的代理模型,本文采用自适应模拟退火算法ASA和序列二次规划算法NLPQL的组合优化算法对模型进行优化。优化结果表明,制动盘最高温度有明显下降,达到优化的目标,使得盘式制动器的性能得到改善。