風(fēng)機(jī)主軸制動(dòng)器摩擦副熱-力耦合有限元分析.pdf

1、分類號(hào)：密級(jí)：UDC：學(xué)號(hào)：415926612116南昌大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生學(xué)位論文風(fēng)機(jī)主軸制動(dòng)器摩擦副熱力耦合有限元分析TheThermomechanicalCouplingFiniteElementAnalysisfFrictionPairofSpindleBrakeofWindTurbine胡育勇培養(yǎng)單位（院、系）：機(jī)電工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名、職稱：劉瑩教授指導(dǎo)教師姓名、職稱：聶春華高級(jí)工程師專業(yè)學(xué)位種類：工程碩士專業(yè)領(lǐng)域名稱：儀器儀

2、表工程論文答辯日期：2014年5月30日答辯委員會(huì)主席：評(píng)閱人：2014年月日摘要I摘要風(fēng)電制動(dòng)器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)上重要組成部件，主軸制動(dòng)器關(guān)系著整個(gè)風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和安全可靠。制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程涉及到復(fù)雜的多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題，對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行熱力耦合分析不僅能揭示制動(dòng)過(guò)程的摩擦機(jī)理，而且能為發(fā)展國(guó)內(nèi)自主工業(yè)制動(dòng)器品牌提供技術(shù)基礎(chǔ)。本文基于有限元軟件ANSYS建立了某大型風(fēng)電主軸制動(dòng)器三維有限元模型，結(jié)合制動(dòng)器熱力耦合理論，模擬研究制動(dòng)器溫度場(chǎng)和應(yīng)力

3、場(chǎng)，分析了制動(dòng)器溫度分布、溫度梯度、機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、熱變形等問(wèn)題，并對(duì)制動(dòng)器顫振噪聲問(wèn)題進(jìn)行了模態(tài)分析。主要研究工作如下1.總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于制動(dòng)器熱力耦合分析的研究概況，介紹了熱力耦合分析的相關(guān)理論，包括摩擦生熱理論、瞬態(tài)導(dǎo)熱方程的建立、耦合方法等，并對(duì)振動(dòng)理論進(jìn)行了簡(jiǎn)介。2.基于ANSYS軟件建立了制動(dòng)器摩擦副三維瞬態(tài)傳熱有限元模型，分析確定了相關(guān)參數(shù)和邊界條件，考慮材料參數(shù)隨溫度變化規(guī)律，采用等位移循壞加載熱流密度的方法，分別對(duì)正

4、常工況和緊急工況下制動(dòng)盤(pán)和摩擦片的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，制動(dòng)盤(pán)溫度分布非均勻，高溫主要集中于表面，摩擦區(qū)域溫度呈現(xiàn)鋸齒狀波動(dòng)，從而產(chǎn)生熱沖擊，制動(dòng)盤(pán)表面摩擦區(qū)域各處最高溫度大約出現(xiàn)于制動(dòng)過(guò)程的35段；摩擦片溫度無(wú)波動(dòng)現(xiàn)象，溫度相較制動(dòng)盤(pán)高出很多，表面溫度分布較均勻，表面溫差約100℃，在其厚度方向上，溫度存在滯后現(xiàn)象，兩種工況下制動(dòng)盤(pán)和摩擦片溫度分布相似，緊急工況溫度相對(duì)較高；對(duì)正常工況進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果中溫度最高值較模擬值

5、低15℃左右，基本驗(yàn)證了數(shù)值模擬的正確性。3.根據(jù)制動(dòng)器完整模型建立三維有限元模型，選取緊急工況研究機(jī)械應(yīng)力對(duì)制動(dòng)器的影響，發(fā)現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)關(guān)于中間截面對(duì)稱分布，忽略模型的尖角應(yīng)力集中和局部失真影響，制動(dòng)器等效應(yīng)力在30MPa以下，遠(yuǎn)小于材料的屈服極限；運(yùn)用間接耦合法，將緊急工況溫度場(chǎng)結(jié)果作為應(yīng)力場(chǎng)體載荷進(jìn)行求解，得到了熱應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果，結(jié)果顯示其與溫度結(jié)果有相似之處，均為先急劇上升，而后緩慢下降，等效應(yīng)力隨制動(dòng)時(shí)間增加逐漸向內(nèi)徑處和中間截面