基于熱機(jī)耦合的制動(dòng)盤(pán)緊急制動(dòng)有限元分析及試驗(yàn)研究.pdf

1、通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器是目前乘用車制動(dòng)系統(tǒng)中的核心部件，在乘用車的安全性和舒適性方面發(fā)揮重要作用，并且制動(dòng)盤(pán)的制動(dòng)過(guò)程是一種典型的熱機(jī)耦合過(guò)程。為了分析制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)過(guò)程中的溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的瞬態(tài)分布特性，預(yù)測(cè)制動(dòng)器的熱疲勞壽命，本文選取車速為100km/h，在最短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)停止工況下的制動(dòng)器為研究對(duì)象，建立了制動(dòng)器三維瞬態(tài)熱機(jī)耦合仿真有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析。同時(shí)，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)得到了制動(dòng)盤(pán)表面徑向溫度變化以及制動(dòng)盤(pán)的使用壽命數(shù)據(jù)，并對(duì)仿真和

2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。論文主要的研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）熱機(jī)耦合仿真。在分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器的熱機(jī)耦合文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，確定了緊急制動(dòng)條件下對(duì)流換熱及熱流輸入邊界條件，建立了三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)熱傳導(dǎo)方程，建立了Catia下制動(dòng)器三維簡(jiǎn)化模型，建立了Abaqus下制動(dòng)系統(tǒng)的有限元仿真模型，仿真分析了緊急制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)盤(pán)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)在不同方向上的分布特性及相互耦合關(guān)系。
　　（2）壽命預(yù)測(cè)。結(jié)合仿真結(jié)果分析了制動(dòng)盤(pán)表面在循環(huán)

3、交變熱載荷的作用下萌生裂紋的一般原因，易損傷的具體部位以及損傷發(fā)展的一般趨勢(shì)，并采用經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)在緊急制動(dòng)的條件下，制動(dòng)盤(pán)的熱疲勞壽命。
　　（3）試驗(yàn)研究。搭建制動(dòng)器的制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)定對(duì)應(yīng)工況條件下的試驗(yàn)參數(shù)，利用遠(yuǎn)紅外溫度傳感器測(cè)量制動(dòng)過(guò)程中盤(pán)表面溫度在徑向方向上的變化規(guī)律，并測(cè)試了制動(dòng)盤(pán)的最終使用壽命。
　　仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明：
　　（1）總體來(lái)說(shuō)，應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)呈現(xiàn)先快速上升后緩慢下降的趨勢(shì)；摩擦接觸區(qū)域表面

4、應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)由于移動(dòng)熱流輸入和對(duì)流換熱的不斷交替進(jìn)行，表現(xiàn)出一種鋸齒狀的波動(dòng)，波動(dòng)次數(shù)與摩擦片旋轉(zhuǎn)圈數(shù)保持一致；溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的分布特性基本相似，最大主應(yīng)力晚于最高溫度出現(xiàn)。
　?。?）制動(dòng)盤(pán)表面是出現(xiàn)裂紋的初始位置，最后沿縱深發(fā)展；車輛以100 km/h的初始速度，在3.46Mpa的制動(dòng)壓力下緊急制動(dòng)的制動(dòng)盤(pán)使用壽命為1454次。
　?。?）制動(dòng)盤(pán)表面溫度在徑向方向上的仿真溫度略高于試驗(yàn)溫度；試驗(yàn)使用壽命與預(yù)測(cè)壽命基本吻