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汽车通风盘式制动器的摩擦学性能测试和流固热耦合仿真

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汽车工程 2017年第6期39卷 675-682页

作者：张森肖林京刘强周坤朱绪力山东科技大学机械电子工程学院青岛266590

根据摩擦微凸理论和耦合控制方程组分析了汽车通风盘式制动器的弹塑性状态转变条件和对流换热机理,通过乘积解法实现了通风盘的三维传热计算;基于Link 3900 NVH测试台对制动器的平均摩擦因数和摩擦稳定系数进行了测试,得出制动速度、制... 详细信息

根据摩擦微凸理论和耦合控制方程组分析了汽车通风盘式制动器的弹塑性状态转变条件和对流换热机理,通过乘积解法实现了通风盘的三维传热计算;基于Link 3900 NVH测试台对制动器的平均摩擦因数和摩擦稳定系数进行了测试,得出制动速度、制动压力和温度对其摩擦学性能的影响;建立了制动器的流固热数值仿真模型,利用MPCCI平台实现了ABAQUS热固耦合和FLUENT流固耦合的同步迭代,通过耦合节点的数据共享与交换得出盘体的瞬态温度场、应力场和耦合面的对流换热系数。结果表明,在单制动周期内通风盘表面的温度变化的数值模拟值与试验值基本一致,最大偏差仅为5.6%,这对于通风盘式制动器的性能评价和结构优化有着重要的指导意义。

关键词：通风盘式制动器摩擦因数台架试验流固热耦合数值模拟

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通风盘式制动器热抖动优化分析

计算机仿真 2019年第9期36卷 156-160,294页

作者：耿开贺贺敬良王康陈勇北京信息科技大学机电学院北京100192 北京电动车辆协同创新中心北京100192

盘式制动器制动力矩的热抖动对制动效能会产生不利影响,因此,针对如何减小制动器热抖动的研究具有重要意义。考虑了材料随温度变化的特性及热辐射的影响,并建立通风盘式制动器的热机完全耦合模型;模拟紧急制动工况下制动器的制动过程,... 详细信息

盘式制动器制动力矩的热抖动对制动效能会产生不利影响,因此,针对如何减小制动器热抖动的研究具有重要意义。考虑了材料随温度变化的特性及热辐射的影响,并建立通风盘式制动器的热机完全耦合模型;模拟紧急制动工况下制动器的制动过程,并对制动盘温度、热应力及变形进行分析;通过设计3水平5因素单指标的正交试验对制动盘主要结构参数进行灵敏度分析,以确定制动力矩波动最小水平下的结构最优参数组合。仿真结果表明,基于正交试验下的灵敏度分析可以有效改善制动力矩的热抖动现象。

关键词：通风盘式制动器热机耦合热抖动正交试验灵敏度分析

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通风盘式制动器制动尖叫噪声关键因素分析

通风盘式制动器制动尖叫噪声关键因素分析

作者：王洪涛太原科技大学

学位级别：硕士

汽车盘式制动器经历长期的改进已经越来越适应现代汽车工业的发展,当前主流的汽车制动器是通风盘式制动器,具有结构简单易修理、热稳定和水稳定性高、制动力矩增长平稳以及受制动方向影响小等优点,但同时又存在制动力矩不足、制动噪声... 详细信息

汽车盘式制动器经历长期的改进已经越来越适应现代汽车工业的发展,当前主流的汽车制动器是通风盘式制动器,具有结构简单易修理、热稳定和水稳定性高、制动力矩增长平稳以及受制动方向影响小等优点,但同时又存在制动力矩不足、制动噪声严重、成本控制困难等问题。本文对通风盘式制动器的制动尖叫问题进行分析,建立了三维实体模型,利用模态分析和谐波响应分析方法,研究与制动系统相关的三种因素对尖叫噪声的影响,分析结果如下:(1)制动尖叫噪声发生时,对应的不稳定模态由制动块的弯曲模态和盘体的横波模态耦合形成,频率范围属于高频尖叫噪声。(2)零件自由模态分析得到了零件的固有频率,单个零件的频率和幅值的变化率在达到耦合频率时出现了最大幅度的改变,对系统尖叫模态的确定具有积极意义。(3)谐波载荷作用下的制动系统中,正压力的大小与振动幅值成正比,但是对系统振动频率没有影响。(4)增加系统阻尼是降低或消除尖叫噪声的有效方式,从变化率上看,阻尼对幅值和频率具有不同的影响规律:随阻尼的增加,其对振幅的抑制能力逐渐降低,而降低振动频率的能力逐渐增强。(5)谐波激励的相角变化能引起共振频率的整体降低,多个谐波激励共同作用下,采用适当的激励频率和相位差有助于实现对制动尖叫噪声的主动控制。本文通过通风盘式制动器的模态分析和谐响应分析,发现了部分影响因素对尖叫噪声的具体作用方式,结合研究结果指出了控制尖叫噪声的主要研究方向,对探索尖叫噪声的产生原理和盘式制动器的进一步优化设计具有参考意义。

关键词：通风盘式制动器尖叫噪声预应力模态谐波响应分析

通风盘式制动器热—机耦合仿真分析及寿命预测

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通风盘式制动器热—机耦合仿真分析及寿命预测

作者：余为高华南理工大学

学位级别：硕士

制动器是汽车制动系统的核心部件,制动过程是一个典型的热—机耦合过程,制动器摩擦副温度和应力场的耦合分析计算是制动器设计的重要内容和选择摩擦副材料的重要理论依据。本文应用有限元方法对制动过程中的热—机耦合现象进行仿真分析... 详细信息

制动器是汽车制动系统的核心部件,制动过程是一个典型的热—机耦合过程,制动器摩擦副温度和应力场的耦合分析计算是制动器设计的重要内容和选择摩擦副材料的重要理论依据。本文应用有限元方法对制动过程中的热—机耦合现象进行仿真分析,并预测了制动盘的热疲劳寿命。首先,以目前轿车上普遍采用的通风盘式制动器为例,应用Catia软件进行三维建模,利用Hypermesh软件进行网格划分,推导盘式制动系统的三维瞬态温度场热传导方程,并确定其热流输入边界条件和对流散热边界条件,应用非线性有限元软件Abaqus建立制动系统的热—机完全耦合有限元分析模型,对汽车紧急制动过程进行模拟,在模拟计算中考虑到了因摩擦生热导致的旋转移动热流的产生和分配,以及温度、接触压力与应力之间相互耦合问题,并考虑到制动盘各界面的对流换热系数随制动盘转速而变化。其次,通过对热—机耦合制动过程的仿真分析,揭示制动盘在移动热源和对流换热作用下的瞬态温度场、接触压力场和应力场的分布规律,探讨制动盘在交变循环应力作用下盘面常见的径向裂纹的产生原因,研究制动过程中制动盘的翘曲和厚度变化的热变形,并根据热变形对接触状态和接触压力的影响来分析制动过程中制动盘摩擦表面出现的“热点”和制动时的热抖动问题。最后,基于热—机耦合分析结果,应用Manson-Coffin公式来预测制动盘的热疲劳寿命,并研究制动初速度和制动压力对制动盘使用寿命的影响。

关键词：通风盘式制动器热—机耦合热变形疲劳寿命

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通风盘式制动器摩擦生热仿真研究

通风盘式制动器摩擦生热仿真研究

作者：芦明阳太原科技大学

学位级别：硕士

制动器作为制动系统的一个关键部件,其热力学性能对汽车行驶的安全性有着重要的影响。在制动过程中,制动盘与制动块之间的摩擦会产生大量热,使制动器温度迅速上升,导致制动性能下降。制动器摩擦生热的仿真研究是制动器的散热以及结构改... 详细信息

制动器作为制动系统的一个关键部件,其热力学性能对汽车行驶的安全性有着重要的影响。在制动过程中,制动盘与制动块之间的摩擦会产生大量热,使制动器温度迅速上升,导致制动性能下降。制动器摩擦生热的仿真研究是制动器的散热以及结构改进设计的重要方法。在对当前国内外对制动器摩擦生热仿真调查的基础上,本文应用接触、摩擦、热传导、变形体应力应变等理论,对制动器摩擦生热的整个过程进行论述,详细描述了制动盘与制动块在整个制动摩擦过程中的热力学机理。结合工程实际,建立了原有的曲线叶片通风盘式制动器热力学分析的三维模型,对其材料参数、网格、载荷和位移、对流换热系数等边界条件以及时间步参数进行设置研究。在此基础上,用有限元瞬态热力学方法对该模型进行制动摩擦生热仿真分析,归纳原始模型的制动盘周向、径向、轴向的温度与应力变化规律,也对制动盘厚度方向的应变情况进行了研究。然后,对原有制动盘结构进行改进,在保持制动盘总体厚度不变情况下,对盘壁厚度改变并进行摩擦生热过程模拟。在通风制动盘壁厚改进的基础上,对不同散热筋数目和构造的情况进行改进后的模拟分析,并将原始模型与改进模型的分析结果进行对比研究。通过研究可知,与原有制动盘相比,改进盘壁厚度的制动盘在完整制动过程中的最高温度下降16%,改变散热筋的制动盘最高温度下降9%。在保持制动盘总体厚度不变,改变盘壁厚度时,制动盘轴向与径向温度梯度都有所减小;在改变盘壁厚度模型的基础上改变制动盘筋结构时,制动盘轴向以及径向温度梯度都有所减小,并且厚度方向的变形与原始模型基本相同,盘体力学性能能够得到保证。本文研究表明,结构改进后的制动盘热力学性能均所提升,这对优化制动器的制动性能和车辆安全性都是有益的。

关键词：通风盘式制动器瞬态热力学摩擦生热盘壁厚度散热筋

紧急制动工况下汽车通风盘式制动器瞬态温度场分布的研究

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江西师范大学学报（自然科学版） 2016年第2期40卷 153-161页

作者：简弃非吴昊华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

以某乘用车前轮采用的通风盘式制动器为研究对象,建立其热-结构耦合的3维有限元分析模型.在此基础上采用直接耦合法对该通风盘式制动器在紧急制动工况下的瞬态温度场进行仿真分析,获得整个通风式制动盘和摩擦片在紧急制动过程中温度场... 详细信息

以某乘用车前轮采用的通风盘式制动器为研究对象,建立其热-结构耦合的3维有限元分析模型.在此基础上采用直接耦合法对该通风盘式制动器在紧急制动工况下的瞬态温度场进行仿真分析,获得整个通风式制动盘和摩擦片在紧急制动过程中温度场的分布情况及变化特性.结果显示:在整个紧急制动过程中,制动盘温度场的分布不是轴对称的,其在径向、周向及轴向3个方向上均存在着一定的温度梯度;制动盘的最高温度出现在1.91 s,最高温度为227.1℃.同时对该通风盘式制动器进行了与仿真分析相同制动工况下的台架试验,所获得的实验结果与仿真计算结果基本一致,从而验证了仿真分析的有效性,为通风盘式制动器的设计及优化提供了理论基础.

关键词：通风盘式制动器有限元温度场台架试验

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通风盘式制动器10自由度摩擦振动分析

北京信息科技大学学报（自然科学版） 2018年第3期33卷 15-20,25页

作者：姚亚航王国权赵双侠王立勇陈勇北京信息科技大学机电工程学院北京100192 北京信息科技大学北京电动车辆协同创新中心北京100192

为探讨系统参数和结构特征对汽车制动过程中摩擦激励振动的影响,建立了通风盘式制动器10自由度动力学模型。利用ANSYS有限元软件识别了振动系统的刚度矩阵与质量矩阵等参数;采用Matlab/Simulink软件对方程进行求解;讨论了制动盘的弹性... 详细信息

为探讨系统参数和结构特征对汽车制动过程中摩擦激励振动的影响,建立了通风盘式制动器10自由度动力学模型。利用ANSYS有限元软件识别了振动系统的刚度矩阵与质量矩阵等参数;采用Matlab/Simulink软件对方程进行求解;讨论了制动盘的弹性模量、摩擦系数以及厚度对制动盘法向振动和偏转振动的影响。实验结果表明,制动盘的厚度和弹性模量对其振幅、振动频率和衰减速度影响较大;摩擦系数变化对系统的振动无明显影响。

关键词：通风盘式制动器制动振动系统参数摩擦系数

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通风盘式制动器尖叫噪声影响因素分析

机械工程与自动化 2015年第5期 20-22,25页

作者：王洪涛殷玉枫晋民杰高崇仁太原科技大学交通运输与物流学院山西太原030024 太原科技大学机械工程学院山西太原030024

为进一步了解制动器尖叫噪声影响因素和发生机理,通过Pro/E软件建立了通风盘式制动器三维实体模型,考虑磨损粒子作用因素,引入简谐激励,运用有限元软件ANSYS Workbench通过预应力模态分析与谐响应分析相结合方法进行研究,得出如下结论:... 详细信息

为进一步了解制动器尖叫噪声影响因素和发生机理,通过Pro/E软件建立了通风盘式制动器三维实体模型,考虑磨损粒子作用因素,引入简谐激励,运用有限元软件ANSYS Workbench通过预应力模态分析与谐响应分析相结合方法进行研究,得出如下结论:盘-销系统谐响应的峰值不唯一,尖叫噪声发生在多个频率下;随着阻尼比增加,最大响应振幅明显减小、频率小幅增加;制动压力与振幅成正比例关系而对响应频率没有影响。研究结论可为进一步优化制动器设计、降低噪声污染起到指导和帮助作用。

关键词：通风盘式制动器磨损粒子预应力模态尖叫噪声影响因素

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通风盘式制动器制动盘的寿命预测分析

机械制造 2011年第6期49卷 43-47页

作者：曲杰苏海赋余为高华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641

制动器是汽车制动系统的核心部件,在实际制动过程中,制动盘会产生比机械应力大很多的热应力。制动盘承受的由压应力、拉应力及摩擦导致的热应力组成的交变载荷,它们的共同作用会使制动盘表面产生裂纹,当裂纹扩展到一定程度后,可能导致... 详细信息

制动器是汽车制动系统的核心部件,在实际制动过程中,制动盘会产生比机械应力大很多的热应力。制动盘承受的由压应力、拉应力及摩擦导致的热应力组成的交变载荷,它们的共同作用会使制动盘表面产生裂纹,当裂纹扩展到一定程度后,可能导致整个制动盘断裂失效。制动盘的疲劳试验难度较大且需要大量的时间,因此应用数值模拟方法进行仿真分析并预测其使用寿命是非常必要的。以某型通风盘式制动器为例,在应用非线性有限元方法对制动过程进行热-力耦合分析结果的基础上,根据Manson-Coffin公式预测制动盘的热疲劳寿命,并分析制动初速度和制动压力对制动盘使用寿命的影响。

关键词：寿命预测低周疲劳热-力耦合有限元通风盘式制动器