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车辆通风式制动盘回流区散热特性研究及智能结构优化

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车辆通风式制动盘回流区散热特性研究及智能结构优化

作者：陶龙北京建筑大学

学位级别：硕士

制动器是车辆制动系统的重要组成部分,其稳定性和高效性关系到车辆和驾驶人员的安全。制动时,制动器的摩擦片和制动盘发生剧烈摩擦,在接触表面产生大量的热,温度急剧升高,一般采用通风式制动盘来提高散热效果。但通风式制动盘在制动时,... 详细信息

制动器是车辆制动系统的重要组成部分,其稳定性和高效性关系到车辆和驾驶人员的安全。制动时,制动器的摩擦片和制动盘发生剧烈摩擦,在接触表面产生大量的热,温度急剧升高,一般采用通风式制动盘来提高散热效果。但通风式制动盘在制动时,内部通道中存在的回流区阻碍了流体流动,使得通道内部散热不均匀,容易出现热裂纹和热衰退等现象。基于这样的背景下,本文对通风式制动盘内部回流区散热问题进行研究并解决,具有重要工程应用意义。针对这一问题,首先对通风式制动盘内部流体流动进行研究,依据流场的基本控制方程和湍流模型等理论,分别建立了直叶片、弯曲叶片和菱形叶片三种通风式制动盘内部流体域有限元模型,采用数值模拟的方法来分析在不同转速和结构参数下,三种通风式制动盘内部流场的分布情况;其次,建立三种通风式制动盘固体域有限元模型,设置边界条件参数并进行热分析仿真模拟,分析通道内部不同散热叶片表面温度的变化情况,并对制动盘在不同结构参数下的传热特性进行研究;最后,根据前文的仿真分析结果,针对直叶片制动盘内部回流区问题提出改进方案,并结合第二代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithms II,NSGA-II）,以直叶片的开槽角度,开槽宽度和叶片数量为优化参数,以质量流量和对流换热系数最大为目标,来进行结构优化设计。研究结果表明:直叶片、弯曲叶片和菱形叶片通道内吸力侧均存在回流区。增加通道内叶片的数量,在一定程度上可以减小回流区,从而提高通道内流体的平均速度。叶片倾斜一定角度,增加了通道内流体流动方向与温度梯度方向之间的协同度,使平均流速增大,有助于增强流体在制动盘通道内的流动;三种制动盘通道内叶片温度从内径向外径处依次逐渐升高再降低,其中吸力侧温度明显大于压力侧,但叶片平均温度均随倾角的增大而逐渐降低。随着叶片数量的改变,直叶片、弯曲叶片和菱形叶片达到最低温度时叶片个数各不相同。通风式制动盘通道内的回流区阻碍了散热,导致通道内的温度分布不均。通过开槽优化设计,从而改变流体流道的形状,可有效地抑制通道内回流区的产生,使气流分布更加均匀。在给定的工作转速范围内,经实验数据对比,结果表明:优化后的制动盘提供的总努塞尔数比直叶片制动盘高了9%,通道内部努塞尔数提高了5.6%,泵送质量流量能力增加了12%。

关键词：通风式制动盘回流区槽叶片 NSGA-Ⅱ 散热结构优化

基于ABAQUS的通风式制动盘连续制动的热性能仿真研究

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传动技术 2021年第3期35卷 3-7,29页

作者：赵崇王成龙王睿楠胡琦琦上海汇众汽车制造有限公司上海200122

针对通风式制动盘连续制动工况下温升和热变形问题,以某车型通风式制动盘为研究对象,基于热分析基本理论和ABAQUS软件,建立了制动盘热-固耦合的有限元模型,得到了十次的制动温度及热变形结果,并依据对称边界条件,简化了有限元模型,提高... 详细信息

针对通风式制动盘连续制动工况下温升和热变形问题,以某车型通风式制动盘为研究对象,基于热分析基本理论和ABAQUS软件,建立了制动盘热-固耦合的有限元模型,得到了十次的制动温度及热变形结果,并依据对称边界条件,简化了有限元模型,提高了模型的计算效率。

关键词：通风式制动盘连续制动有限元分析热性能

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矿用通风式制动盘的结构流场分析

煤矿机械 2021年第1期42卷 71-72页

作者：李毅华邓家一朱荣海张玉宽张新安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

为了分析通风式制动盘的结构对制动盘内部流场风速的影响,以某型通风式制动盘为例,利用Fluent软件模拟计算不同结构制动盘的流场风速大小,总结了肋板结构与流场风速间的关系,为通风式制动盘的结构设计提供了理论参考。

关键词：通风式制动盘流场风速肋板 Fluent

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车辆通风式制动盘内部通道对流换热的分析

中国设备工程 2024年第7期 85-87页

作者：贾晓丽陈建平刘璇佛山职业技术学院广东佛山528137

为进一步改善车辆通风式制动盘散热效果,提升其制动性能,加强车辆行驶稳定性,本文以通风式制动盘对流换热影响要素作为切入点,明确了制动盘通道对流分析方法,基于温度与气流两方面针对车辆制动盘通道对流换热进行了试验,并按照流场分析... 详细信息

为进一步改善车辆通风式制动盘散热效果,提升其制动性能,加强车辆行驶稳定性,本文以通风式制动盘对流换热影响要素作为切入点,明确了制动盘通道对流分析方法,基于温度与气流两方面针对车辆制动盘通道对流换热进行了试验,并按照流场分析、肋板结构优化等角度对制动盘通道换热优化方案进行了构思,最终对换热优化设计成效进行了比对和研究,力求实现车辆制动盘结构内部散热与流阻之间的有机平衡,保障车辆制动系统运行过程中的安全可靠。

关键词：通风式制动盘风道结构对流换热设计优化

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基于DOE的通风式制动盘散热性结构优化

汽车工程师 2014年第3期 47-49页

作者：李国鹏李兴郝君起张丹长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心

为优化通风式制动盘的散热性,运用仿真软件建立制动盘热机耦合模型,通过热机耦合仿真考察制动盘散热性和研究通风式制动盘单侧盘厚、加强筋数量及加强筋宽度3个因子对制动盘散热性及制动盘质量的影响,来确定最经济的制动盘方案。结果表... 详细信息

为优化通风式制动盘的散热性,运用仿真软件建立制动盘热机耦合模型,通过热机耦合仿真考察制动盘散热性和研究通风式制动盘单侧盘厚、加强筋数量及加强筋宽度3个因子对制动盘散热性及制动盘质量的影响,来确定最经济的制动盘方案。结果表明,优化方案不但提升了制动盘散热性(最高温度降为182.5℃),而且减轻了质量(质量减轻了0.117 kg),提升了经济性和轻量化,为制动盘设计提供了借鉴。

关键词：通风式制动盘散热性热机耦合仿真结构优化

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内外通风式制动盘的对比分析研究

科技信息 2013年第34期 259-,261页

作者：李国鹏季大民康少峰董慧长城汽车股份有限公司底盘研究院

通风式制动盘存在内通风和外通风两种形式,本文通过仿真对两种形式的制动盘进行分析研究,主要对两种形式的制动盘热翘曲及散热情况进行对比研究。

关键词：通风式制动盘热变形制动盘对流换热系数

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加强筋对通风式制动盘散热性能的影响

农业装备与车辆工程 2017年第4期55卷 73-77页

作者：陆壮冯金芝王晨均蒋玮上海理工大学机械工程学院上海市200093 上海汇众汽车制造有限公司台架实验室上海市200093

围绕某轿车通风盘式制动器制动散热性能的研究,建立了制动盘的有限元仿真模型,分别对制动盘进行单次温升和热变形的仿真分析。为提高模型的计算精度,采用制动器特性台架试验对有限元模型参数进行修正。通过改变制动盘加强筋的数量以及... 详细信息

围绕某轿车通风盘式制动器制动散热性能的研究,建立了制动盘的有限元仿真模型,分别对制动盘进行单次温升和热变形的仿真分析。为提高模型的计算精度,采用制动器特性台架试验对有限元模型参数进行修正。通过改变制动盘加强筋的数量以及加强筋外侧宽度,以提高散热性能为目标,对盘式制动器进行了优化设计。

关键词：通风式制动盘加强筋单次温升热变形结构优化

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动车组制动盘热仿真方法适用性研究

中国铁道科学 2022年第5期43卷 78-86页

作者：左建勇王雪萍周苏芬夏铭辰同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804 同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804

基于目前制动盘有限元热仿真普遍采用的能量折算法、热机耦合法、热机-磨损耦合法及流固耦合传热法,研究不同动车组制动闸片压力工况下制动盘温升规律,并将仿真结果与台架试验结果进行对比,对不同热仿真方法进行适用性分析。结果表明:在... 详细信息

基于目前制动盘有限元热仿真普遍采用的能量折算法、热机耦合法、热机-磨损耦合法及流固耦合传热法,研究不同动车组制动闸片压力工况下制动盘温升规律,并将仿真结果与台架试验结果进行对比,对不同热仿真方法进行适用性分析。结果表明:在17.5 kN的制动闸片压力工况下,4种热仿真方法得到的盘面温升规律基本一致,最高温差小于10%,台架试验所得的制动盘温度场分布结果与能量折算法、热机耦合法及流固耦合传热法所得的比较相近,其中能量折算法计算效率最高,可用于制动盘材料的温升极限研究;当制动闸片压力增为22.5 kN时,4种热仿真方法中热机-磨损耦合法较其他3种方法的最高温差较大,台架试验与热机-磨损耦合法的制动盘温度场分布比较接近;由于摩擦副的接触摩擦力随制动闸片力的增大而增加,导致制动盘摩擦面快速升温,材料发生热膨胀变形,热机-磨损耦合法更能反映接触影响下的微观热现象,因此应选用热机-磨损耦合法研究制动盘热生成与热分布规律。

关键词：动车组通风式制动盘有限元法热生成适用性分析

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基于流固耦合传热的制动盘瞬态温度场研究

机械设计与制造 2020年第6期 117-120页

作者：吴波孙磊武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

针对通风盘式制动器在制动时空气与制动盘之间的流动与传热耦合问题,建立了空气与制动盘三维流固耦合模型,参照《乘用车制动器性能要求及台架试验方法》设置速度、热流密度等边界条件,利用CFD软件的流固耦合计算功能对建立的耦合模型进... 详细信息

针对通风盘式制动器在制动时空气与制动盘之间的流动与传热耦合问题,建立了空气与制动盘三维流固耦合模型,参照《乘用车制动器性能要求及台架试验方法》设置速度、热流密度等边界条件,利用CFD软件的流固耦合计算功能对建立的耦合模型进行瞬态传热数值计算,得到了耦合系统的温度场.数值计算所得制动盘温度值与制动器惯量实验台测得温度值之间的误差在合理范围内,证明流固耦合数值计算法可以较准确地分析通风盘式制动器制动过程中的温度场,为评价通风式制动盘的风冷性能提供依据.同时提出通风式制动盘通风肋板优化方案,经计算,优化后的制动盘在循环制动工况下最高温度降低了16℃.

关键词：通风式制动盘流固耦合传热温度场数值计算