考虑热-结构耦合的盘式制动器NVH特性分析

作     者：王雪飞 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李晓灵;黄泽好

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：盘式制动器 制动噪声 热-结构耦合 复特征值 不稳定模态 

摘      要：汽车制动噪声,特别是高频制动噪声是影响驾驶安全和驾乘舒适性的重要因素之一,预测和减少高频制动噪声一直是制动系统设计和研究的重点。制动时由于制动盘和摩擦片之间相互摩擦生热导致制动系统材料特性、结构力学性能等发生变化,从而影响制动性能和制动系统的NVH性能。因此,为查找并进一步改进制动噪声,研究热-结构耦合影响下的制动噪声特性具有实际的工程应用价值和理论意义。本课题以某企业盘式制动器为研究对象,利用仿真与试验结合的方法对其制动过程中所产生的噪声进行分析,基于复特征值法,探究盘式制动器的摩擦生热导致的制动噪声特性,全文工作总结如下:首先,针对实际行驶中产生的制动噪声问题,根据SAE J2521标准,进行制动台架试验研究。根据试验标准在Dyno Giant 7000 NVH惯量型制动试验台上进行了紧急制动减速工况、制动拖滞等工况的制动试验,测得其噪声声压级、频率等。试验结果表明,在制动拖滞工况下出现了不同频率段的高频噪声,且在9100Hz附近处出现了声压级高达101.36d B(A)的制动噪声。其次,建立和应用制动系统结构有限元模型对其进行了复模态分析。建立了盘式制动器制动噪声的结构有限元模型,按照SAE J2521标准中规定的对于拖滞工况的加载标准对模型进行加载,基于复特征值理论,得到有限元分析下的制动噪声预测频率。仿真结果表明,噪声频率主要集中在2015Hz、3720Hz、4835Hz、5120Hz、7500Hz、8550Hz、9135Hz、12000Hz、12700Hz、13305Hz频率附近。由此可知,仿真得到的制动噪声预测频率与台架试验得到的制动噪声发生频率吻合性较好,说明所建立的制动噪声结构有限元模型合理,可用于后续热-结构耦合下的复特征值分析。随后,建立盘式制动器热-结构耦合有限元模型并进行热分析。考虑到制动过程是一个摩擦生热的过程,结合摩擦生热理论、热边界条件等,对制动系统进行热分析得到了不同工况下的制动器结构的温度场、应力场的分布,在拖滞工况下的制动盘的最高温度为169.3℃,在紧急制动工况下的最高温度为277.6℃。最后,将热分析得到的制动器结构的温度场作为热载荷加载到制动噪声结构有限元模型中并进行复特征值分析,分析了随温度变化的材料参数包括弹性模量、热膨胀系数以及摩擦系数对制动噪声频率分布的影响。结果表明,热膨胀系数在对制动噪声频率预测方面起主导作用,温度通过影响材料属性从而间接地影响制动噪声的频率分布、实部数值,考虑热-结构耦合效应使得噪声的预测精度提高,为后续的改进设计提供了理论依据。