干式摩擦元件的热弹不稳定性分析

针对干式摩擦元件热弹性失稳问题,通过理论和仿真计算相结合的方法,将系统扰动因素和系统结构因素相统一,从扰动频率对临界速度影响的角度,开展制动器干式摩擦元件的热弹不稳定分析。研究发现,系统失稳与扰动频率有关,造成系统失稳的临界速度存在一个极小值点,在该点系统最容易产生失稳;摩擦副局部热应力过大是造成系统失稳的主要原因,摩擦副整体温度的高低与系统失稳之间不存在必然的联系。提出的基于热固耦合扰动边界的干式摩擦元件热弹不稳定性分析方法,其计算结果可以直接用来指导摩擦片热弹性失稳的结构设计。     

风电高速轴制动器温度场及热力耦合分析

型风电制动器紧急制动涉及摩擦、流体、热弹性、高能量密度摩擦副等多物理场耦合，为了进一步揭示其摩擦功传热原理，基于传热性能分析理论，推导风电高速轴制动器热-机耦合三维有限元数学模型，利用有限元分析软件Abaqua瞬态完全热力耦合法，研究风电高速轴刹车盘热应力特性。结果表明，风电制动器对偶件由于接触不均匀，导致温度在盘圆周方向推移的时效性及不对称性特征。解释了由于换热和热流输入的循环交替变化引起温度在半径方向上的温升及应力变化规律，并针对热应力集中区产生热裂纹萌生及扩展情形进行推理论证，对大型风电机高速轴刹车盘转速过高状态下的高热能摩擦作用机制研究具参考作用。     

盘式制动器摩擦磨损热动力学研究进展

摩擦磨损热动力学是制动器失效分析和设计的重要理论依据,对选择摩擦副材料也有指导作用．因此从分析摩擦热对制动器摩擦副的影响着手,总结了盘式制动器摩擦磨损热动力学的数学、物理模型,并对制动摩擦表面温度场和应力场的计算方法进行分析比较,评述了盘式制动器摩擦磨损热动力学的研究进展,并对今后主要研究工作进行了展望．     

蹄-鼓式制动器热弹性耦合有限元分析

首先探讨蹄—鼓式汽车制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性动力学问题及其分析方法,包括摩擦生热模型、多物理场中的弹性体有限元模型、接触问题模型的建立方法以及相应的数值分析方法。然后,利用有限元分析软件ADI-NA建立一种新型蹄—鼓式制动器热弹性耦合动力学分析的三维有限元模型,确定对模型求解的位移边界条件和热边界条件,设定材料物性参数、加载过程及模拟工况,探讨进行制动器热弹性耦合有限元分析的过程,通过仿真计算得到制动器工作过程中摩擦副间接触力分布、制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场等重要信息。     

矿车盘式制动器热－结构耦合分析

研究矿车盘式制动器耦合场的分布规律。采用温度场与应力场直接耦合方法,根据矿车制动摩擦副的实际尺寸及热传导的原理,建立摩擦副三维瞬态热-结构耦合的有限元模型,对制动器在紧急制动工况下进行数值模拟。结果表明,耦合场下制动盘温度场、应力场都呈现带状分布,温度与应力的最大值出现在摩擦盘与摩擦片接触挤压处,且应力最大值的出现稍滞后于温度最大值,这说明了二者之间具有耦合特性; 摩擦副径向、轴向具有较大的温度分布梯度,因此会产生较大的热应力,对制动器摩擦副材料造成热冲击和热疲劳,严重时可能会导致制动盘出现裂纹。     

制动器摩擦热效应分析

以现代摩擦理论为基础,依据试验结果定性地分析了制动器摩擦副摩擦热的产生扩散及对摩擦副性能的影响，不同对偶摩擦副其“热影响表面层”摩擦性能的变化以及＂热分解温度＂的重要意义。制动器在长时制动或重复制动工况下，摩擦温度不断升高,在摩擦材料浅表层积聚高的热量从而引起摩擦材料摩擦性能的变化。不同对偶摩擦副摩擦因数随温度的变化规律有所不同,但温升高于“热分解温度”后，摩擦因数均显著下降，因此了解摩擦材料热分解温度是制动器设计和运行的关键所在。     

蹄式制动器摩擦衬片挤压效应模型研究

通过分析蹄式制动器的工作原理,剖析制动器产生热衰退的根本原因,对制动过程中挤压效应对摩擦衬片性能的影响进行理论分析,建立反映制动器效力系数与温度和摩擦因数关系的挤压效应数学模型,并对摩擦衬片的表面膜厚进行模拟计算.结果表明:制动过程中的挤压效应是造成表面膜破裂的主要因素,进而导致破裂处摩擦衬片的磨损加剧;所构建的制动器摩擦副宏观模型,说明了挤压效应的存在,可以解释摩擦衬片由于热衰退而造成局部磨损凹凸不平的问题,并可预测在制动过程中热衰退造成的磨损量.     

无纬带绑扎机带式制动器摩擦热效应分析

根据无纬带绑扎机带式制动器的摩擦力学与热力学模型,进行了制动器稳态与瞬态热效应分析,确定了摩擦热与摩擦功率之间的关系.探讨了摩擦热量在摩擦副材料中的分配状况,研究并得到了摩擦副平衡温度和摩擦副可长期连续工作的条件.建立了基于ANSYS的制动器热效应分析模型,得到不同时间摩擦副温度场分布状况和温度随时间变化的状况.     

摩擦材料特性对离合器热弹性不稳定性的影响

针对车辆换挡离合器,应用热弹性不稳定性(Thermoelastic instability,TEI)理论研究其接合过程中的温度场非均匀分布问题。建立离合器接合过程的二维理论模型,采用扰动法求解系统发生TEI的临界条件。通过试验验证TEI理论对离合器温度场分布研究的适用性和临界速度的存在性。研究表明当离合器接合速度超过临界速度时,系统由于摩擦热、热应力和弹性应力等因素耦合作用而失稳,摩擦副表面温度场出现强烈的非均匀性。热点数小于5时,铜基材料临界速度小于纸基材料;热点数大于5时,铜基材料临界速度大于纸基材料。减小摩擦材料弹性模量、增大热导率以及减小对偶材料热膨胀系数,可以提高系统稳定性。     

汽车盘制动器优化设计热和机械特性的研究(一)

由于热量集中于制动盘的表面造成热弹不稳定性(TEI)而引起热变形.这样可能发生大家知道的低频强烈振动.因为在盘和衬块的接触面间的摩擦系数变化,在摩擦衬决发生尖叫声.通过对热聚集和尖叫现象的联合分析,对高热和机械特性可设计一最佳的盘和摩擦衬块.本文同时考虑了热和机械不稳定性按照盘的厚度,卡钳的加压方式,衬片弧长进行了数值和实验分析.采用有限元分析法(FEA)计算了热变形和压力分布.采用汽车底盘测功器和高速红外摄像仪进行实验评估TEI性能,结果用FEA修正.采用FEA估计机械不稳定性进行复杂固有值分析,按照转子和摩擦衬盘的形状对于一固有值问题应用修正仿真结果分析接合形式.在热聚集和尖叫问题期间,讨论因考虑盘制动器性能盘和摩擦衬块的设计.     

Thermal behavior of full and ventilated disc brakes of vehicles

Braking is a process which converts a vehicle’s kinetic energy into mechanical energy which must be dissipated in the form of heat. During the braking phase, the frictional heat generated at the interface of the disc and pads can lead to high temperatures. This phenomenon is even more important than the tangential stress. The relative sliding speeds during contact are also important. The prediction of surface temperature for a brake rotor is regarded as an important step in studying brake system performance. The frictional heat generated on the rotor surface can influence excessive temperature rise which, in turn, leads to undesirable effects such as thermal elastic instability (TEI), premature wear, brake fluid vaporization (BFV) and thermally excited vibrations (TEV). The objective of this study is to analyze the thermal behavior of the full and ventilated brake discs of the vehicles using computing code ANSYS. The modeling of the temperature distribution in the disc brake is used to identify all the factors and the entering parameters concerned at the time of the braking operation, such as the type of braking, the geometric design of the disc and the material used. The results obtained by the simulation are satisfactory compared to those of the specialized literature.     

二维轴对称摩擦制动器瞬态热弹性失稳的研究

提出考虑摩擦层闸片厚度的影响,建立二维轴对称摩擦制动器热弹性失稳的数学模型。基于扰动分析法,推导摩擦副的温度场扰动以及不同热点分布模式下的热特征平衡方程。研究临界速度和扰动增长系数的变化规律。计算摩擦面瞬态名义温度随制动时间的变化关系。分析和比较不同摩擦副厚度比、热导率、弹性模量、比热容以及热膨胀系数对系统稳定性的影响。结果表明,当热点呈反对称分布时,系统发生热弹性失稳时所需的最低临界速度远低于对称分布模式,临界速度随扰动频率的增加呈先减小后增加的变化趋势。不同扰动频率对应的扰动增长系数随滑动速度近似呈线性增加,最低临界扰动频率对应的扰动增长系数最大。当扰动频率低于临界扰动值时,温度随扰动频率的增加而增加,反之,则降低。增加摩擦副的厚度、摩擦层闸片的热导率和比热容以及减小滑动层制动盘的热导率和热膨胀系数和摩擦层闸片的弹性模量均可以提高滑动摩擦系统的稳定性。     

Frictional Properties and Mechanisms of an Organic–Metal Brake Pair Braking Repeatedly in Magnetic Field

With the aim to investigate repeated braking of organic–metal brake pairs, tribological and scanning electron microscopy (SEM) experiments were performed to reveal the influence of a magnetic field on the tribological performance of brakes. A nonasbestos copper-based brake pad and gray cast iron brake disc were selected as the brake pair. The X-DM pad-on-disc friction tester was improved to set up a tribological tester under a magnetic field. The worn surfaces were observed by SEM to reveal the friction mechanisms. It was found that a magnetic field can ameliorate the dynamic friction and wear. In addition, the global mean friction coefficient increases and the wear resistance of brake materials improves. A magnetic field promotes surface oxidation and aggravates the surface heat emission condition. As a result, the mean temperature on the friction surface increases obviously. An appropriate magnetic field can improve the dynamic temperature rise and decrease the global temperature rise on the friction surface. It is considered that a magnetic field has important influences on tribological performance in repeated braking. Therefore, this research could provide theoretical references for studying the tribological performance in repeated braking and/or under a magnetic field.     

盘式制动器热-结构耦合的数值建模与分析

在充分考虑移动热源且速度可变效应影响、盘与片摩擦界面间热流耦合的基础上,根据制动盘与摩擦片的实际几何尺哌寸,建立一个紧急制动工况下三维瞬态热-结构耦合的计算模型,运用大型有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟盘式制动器的制动过程.揭示制动过程中制动盘瞬态温度场/应力场的分布规律,发现二者之间存在着耦合关系,二者随制动时间明显地呈现周期性变化,这些周期波动是由移动热源产生的热流冲击和对流换热影响的交替作用所引起的,且其变化周期随制动时间的延长而增大.并初步探讨制动盘产生径向裂纹的原因.     

石油钻机盘式刹车副材料的摩擦磨损性能研究

为提高深井石油钻机盘式刹车副的摩擦学性能和使用寿命,研制开发了新型刹车盘表面堆焊材料和无石棉刹车块摩擦材料,并通过变温摩擦磨损性能实验,研究了刹车副的摩擦学性能。研究表明,刹车副具有良好的变温摩擦特性和高温抗热衰退性能,高温下的摩擦因数比较稳定;刹车块和刹车盘的磨损率均随温度的升高而增大,但刹车盘表现出相对稳定的耐磨性能。载荷对刹车副的摩擦因数影响不大,变化比较平稳;刹车块和刹车盘的磨损率均随载荷的增大而增大,但刹车块表现出相对稳定的耐磨性。刹车副的摩擦因数随滑动速度的增加而增大,并趋向平稳;但速度对刹车块和刹车盘的磨损率影响不大,变化相对稳定。研制的刹车副材料能够满足石油矿场钻机作业的要求。     

制动过程中闸片材料与制动盘温度关系试验研究

为探讨碳/陶制动盘与不同闸片材料的匹配性,对碳/陶制动盘分别与碳/陶复合闸片、铜基粉末冶金闸片和铁基粉末冶金闸片组成的摩擦副进行制动试验,研究了在制动过程中盘面各点瞬时温度、最高温度、闸片温度与制动工况的关系。结果表明：碳/陶制动盘与碳/陶复合闸片摩擦副温度及温度梯度均高于其他2种摩擦副,其温度梯度在低速制动时随压力的增加而明显增加,当制动速度较高时,温度梯度并没有随压力的增加而增加;对于碳/陶制动盘与铜基和铁基粉末冶金闸片摩擦副,随制动速度和压力的提高,盘面温度梯度变化不明显。原因在于材料导热性和起始摩擦因数决定了盘面的散热能力和制动功率,碳/陶制动盘与碳/陶复合闸片摩擦副因较高的起始摩擦因数以及较低的导热性,其制动功率高和散热能力低,导致盘面温度持续升高。     

基于长大坡道持续制动的新型制动盘研究

随着我国中西部地区高速铁路的建设,由于长大坡道线路带来的问题日益凸显。在长大坡道行驶时如果电制动出现故障,将采用纯空气制动,长大坡道造成的持续制动会导致制动盘的热负荷急剧上升。由于散热的时效较慢从而导致制动盘温度过高,同时产生较大的温度梯度,从而导致制动盘热疲劳裂纹产生。为了解决长大坡道工况下制动盘的换热效率提升和降温问题,基于兰新线的长大坡道工况,通过设计新型的铝嵌钢结构制动盘,采用有限元分析软件对铝嵌钢结构制动盘和全钢制动盘进行仿真计算,得到温度场和热应力分布。结果表明,在长大坡道采用纯空气制动时,铝嵌钢制动盘可以在实现轻量化的同时明显降低制动盘面的温度和温度梯度,缓解长大坡道制动带来的制动盘热疲劳问题。     

基于ANSYS Workbench的盘式制动器热-机耦合分析

为进一步研究盘式制动器在制动过程中的行为,在建立盘式制动器热-机耦合简化计算模型的基础上,考虑温度变化对材料物理性能和摩擦因数的影响,运用ANSYS Workbench模拟分析不同制动初速度与不同制动压力下制动盘的热-机耦合特性,并从制动盘径向、周向、轴向等维度对其温度场与应力场进行了研究。结果表明：盘式制动器在紧急制动过程中,温度和应力的最大值与制动初速度和制动压力成正相关;制动初速度和制动压力对制动盘温度场和应力场有较大的影响,其中制动压力对制动盘温度和应力最大值的影响比制动初速度更加明显;制动盘温度与等效应力在圆周上都呈环带状分布,二者具有一致性,制动盘达到温度最大值早于达到应力最大值,二者之间具有耦合特性;制动盘温度在径向和轴向上存在较大的温度梯度,从而引起较大的应力变化。研究结果为探索制动盘温度场、应力场分布规律和制动盘在不同工作状态下的热-机耦合特性提供了参考。     

汽车盘制动器优化设计热和机械特性的研究(一)

由于热量集中于制动盘的表面造成热弹不稳定性(TEI)而引起热变形.这样可能发生大家知道的低频强烈振动.因为在盘和衬块的接触面间的摩擦系数变化,在摩擦衬决发生尖叫声.通过对热聚集和尖叫现象的联合分析,对高热和机械特性可设计一最佳的盘和摩擦衬块.本文同时考虑了热和机械不稳定性按照盘的厚度,卡钳的加压方式,衬片弧长进行了数值...     

基于ANSYS汽车盘式制动器的有限元分析

汽车的制动过程从能量守恒观点来看,是通过摩擦将汽车的机械能转变为制动器的热能,并有一部分热能向大气中耗散的过程。基于ANSYS建立了某汽车盘式制动器三维实体模型,分析了紧急制动工况下盘式制动器的温度场和热应力的分布。