降低制动摩擦振动的制动器结构拓扑优化设计

本文建立起某车型盘式制动系统三维有限元模型,分析了该制动系统的摩擦振动噪声特性,并基于ABAQUS/Optimization模块对该制动系统进行结构拓扑优化设计,在满足轻量化的目标要求下改善摩擦振动噪声问题.结果表明:制动系统在摩擦力作用下可能出现四种振动模态,且产生频率为3632.4 Hz的振动噪声的倾向和强度最大.产生该频率摩擦振动噪声的原因是由于制动钳的第4阶模态频率与制动盘的第11阶模态频率非常接近,在摩擦力作用下容易产生共振.通过对制动钳进行结构拓扑优化设计,移除制动钳两侧区域的材料,使其在满足重量最小的目标前提下将第4阶模态频率降低到2804 Hz,从而避免与制动盘发生共振,且制动钳的重量减轻了17.1％.进一步采用复特征值分析对结构优化后的制动系统进行摩擦振动噪声特性预测,结果表明制动系统仅有两组相邻模态出现模态耦合现象,且原始制动系统出现的3632.4 Hz的振动噪声频率已经消失,制动系统摩擦振动噪声问题得到显著改善.     

金刚石圆锯片模态分析

金刚石圆锯片锯切过程中,普遍存在着严重的振动问题。为研究金刚石圆锯片的动态性能,通过ANSYS有限元分析软件建立锯片三维参数化模型,并利用不同的有限元网格划分方法分别进行模态分析,得到固有频率和振型,最后通过采用锤击法对金刚石圆锯片进行模态试验。对比多组不同直径的锯片有限元分析结果和模态试验结果可见,不同的网格划分方法对有限元模态分析结果影响较大,而映射分网的有限元模态分析结果更接近试验结果。利用该模型可代替试验对金刚石圆锯片进行参数化模态分析,为进一步研究锯片的振动可靠性和稳定性问题打下了基础。     

矿用带式输送机盘式制动器振动过程分析及优化研究

矿用带式输送机的盘式制动器对整机系统进行制动时,制动盘与安装机架之间会产生振动效应,当制动盘与机架振动频率接近时会产生共振现象,将对整个制动器的制动性能有较大的影响。针对这个问题,以西南地区某矿盘式制动器为例,根据制动盘与闸瓦的前8阶模态分析结果对整个盘式制动器的结构进行优化,避免因制动盘与机架振动频率接近而产生的共振现象。优化结果显示,对整个盘式制动器的结构优化后有效避免了制动盘与机架产生的共振现象,提高了制动器制动性能,确保了带式输送机运行的安全性和稳定性。     

风力机制动器摩擦副变形对振动特性的影响

为了更好的了解风力机制动器的振动特性,探讨了1.3MW的风力发电机盘式制动器的变形对制动振动的影响,考虑了制动盘和摩擦片之间摩擦特性,以有限元理论为基础,建立了风力机盘式制动器摩擦副的有限元模型,得到了制动器摩擦副的变形结果,根据结果分析了有变形和无变形两种情况下的制动盘振动特性,并进行了对比。研究结果表明:在风力机制动过程中,制动器摩擦副会产生一定程度的变形,这种变形会引起制动盘的刚度变大,从而影响到制动盘的振动频率。这将为今后优化制动器的结构提供一定的理论支撑。     

基于ABAQUS的车辆盘形制动系统仿真分析

制动盘和摩擦片之间产生共振时会影响二者之间的接触状况,从而导致摩擦副之间的接触恶化,严重时会引起制动失效.文中基于三维实体软件SoIidWorks建立了轨道车辆盘形制动系统.针对车辆盘形制动系统振动噪声问题,利用ABAQUS建立了车辆盘形制动的有限元模型.利用模态分析方法,分别对制动盘、摩擦片和盘形制动耦合系统进行模态...     

制动盘非光滑仿生表面对制动摩擦尖叫行为影响的研究

加工出3种非光滑仿生表面制动盘,即表面沟槽盘、表面圆坑盘和表面沟槽圆坑盘,利用有限元软件ABAQUS对3种非光滑仿生表面制动盘进行制动摩擦尖叫行为有限元分析,并与光滑制动盘进行对比。结果表明,制动器的振动模态主要表现为制动盘的面内和面外振动,并伴随有制动夹钳以及摩擦片的弯曲扭转运动。利用复特征值法计算系统尖叫倾向性系数后发现,制动盘表面经过非光滑仿生处理后,制动器的摩擦尖叫倾向性发生了明显改变,表面沟槽圆坑盘抑制尖叫的效果最佳,而表面沟槽盘在三者之中抑制尖叫的效果最弱。进一步采用瞬时动态分析对结果进行验证,结果表明:制动盘表面经过非光滑仿生处理后,系统振动加速度信号、弹性位移信号以及界面力信号的强度均有所降低,且表面沟槽圆坑盘在降低系统振动强度方面效果最为显著,系统稳定性得到明显提高;但是,由于沟槽和圆坑的棱边可能会形成应力集中区,因此可以采用抛光、打磨等方式对棱边进行一定处理,以提高表面使用寿命。     

基于ABAQUS的碟式分离机立轴结构模态分析

以碟式分离机中的立轴为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS对其进行结构模态分析,确定了其前10阶固有频率和模态振型,并分析了其振动特性。     

盘式制动器制动噪声分析

针对某型号盘式制动器,应用ABAQUS软件,建立由制动盘、制动支架及两个摩擦块组成的简化有限元模型,通过各零件的自由模态有限元分析,得到各部件的固有频率,并开展其模态的锤击试验,对比验证了简化有限元模型的正确性。基于有效的有限元简化模型和复模态理论,进行复特征值有限元分析,并对比了制动噪声台架试验检测的不稳定频率与有限元分析结果,两者具有较好的一致性。     

CRH3型动车组构架的模态特性研究

为了深入分析构架在实际约束条件下的振动特性,探索结构在实际应用过程中发生破坏的机理。以CRH3拖车转向架构架为研究对象,并利用ANSYS-workbench模块建立了构架的有限元模型。根据有限元模态分析理论,对构架进行了自由模态与约束模态的对比分析,利用模态振型图分析了构架的振动特性,并根据其振型曲线曲率的极值位置判断出了构架振动过程中动强度的薄弱环节。     

国家低频振动基准装置动圈模态优化

动圈是国家低频振动基准装置的核心部件,其设计质量的优劣直接影响振动装置的性能。使用理论公式和有限元方法对动圈进行固有频率计算,分析其各阶模态;提出针对性措施以利于动圈模态优化,实现提高振动基准装置性能的目的。     

Evaluation of Disc Brake Materials for Squeal Reduction

A nontraditional evaluation tool is introduced to examine the effects of different materials, in practical applications, that are used in fabricating disc brake components for commonly used or special requirements such as heavy-duty performance and racing cars. As an extension to earlier finite element (FE) disc brake models, a detailed FE model of the whole disc brake corner that incorporates the wheel hub and steering knuckle is developed and validated using experimental modal analysis. Stability analysis of the disc brake corner using the finite element software ABAQUS is carried out to predict squeal occurrence also taking into account the negative and positive damping effects and friction material real surface to increase the accuracy of prediction. A Taguchi method–based design of experiment is used to better assess the contributions of different materials and its interaction effects for effective reduction of brake squeal. The results showed that the pad friction material contributes 56% to the total system instability (squeal generation). The rotor material contributes 22% of the system instability. Caliper and bracket materials participate 11 and 11%, respectively.     

闸片沟槽织构对盘式制动尖叫的影响

为研究制动闸片沟槽织构对盘式制动系统制动尖叫的影响,基于摩擦自激振动理论,建立盘式制动系统普通闸片和沟槽闸片有限元模型,采用复特征值分析法研究该盘式制动系统的摩擦自激振动特性。利用该有限元模型开展沟槽的宽度和深度的参数化分析,获得其对制动尖叫的影响规律。结果表明：制动闸片与制动盘间的摩擦自激振动是导致制动尖叫发生的主要原因,沟槽型闸片对抑制制动尖叫具有明显效果;当闸片沟槽深度在5~20 mm区间内,盘式制动系统的稳定性随沟槽深度的增大而呈现逐渐降低的趋势,表明沟槽深度越小,发生摩擦自激振动的可能性越小;在沟槽宽度5~20 mm范围内,随沟槽宽度的增大,盘式制动系统的稳定性先增大后降低,在沟槽宽度为10 mm时,系统发生制动噪声的可能达到最大。     

盘式制动装置制动盘的有限元分析及优化

以有限元理论及振动力学为基础,运用ANSYS软件对盘式制动装置的制动盘进行三维建模,并对该模型进行有限元分析,得到制动盘的应力、应变规律和固有频率,通过结果分析,对制动盘的结构做了进一步的优化设计,结果显示,优化后的结构不仅能够满足强度要求,而且能有效减轻制动过程中的抖动现象。     

Finite element modeling for stick-slip pattern of squeal modes in disc brake

This paper provides the finite element modeling for describing the nonlinear stick-slip response of squealing modes in a disc brake system. The analytical nonlinear contact kinematics is applied to each contact node of the finite element disc and pads. Numerical results show that a portion of the contact area can undergo the stick-slip oscillation. Depending on the size of the stick-slip zone, the corresponding squeal vibration can be either the pure harmonic or periodic oscillation. Particularly, the squeal mode arising from the pad rigid mode generates the periodic stick-slip limit cycle in its steady-squealing response, as opposed that the disc squeal modes become the pure harmonic response.     

基于有限元技术的汽车盘式制动器性能研究

盘式制动器由于散热性能和制动效能好等优点,被广泛应用于汽车行业中。利用大型AN-SYS有限元平台对汽车盘式制动器进行了应力应变场量数值分析,通过改变制动器设计参数(制动力、摩擦因数、制动片厚度)得到了设计参数与制动性能的影响关系,其结果可为汽车制动器设计提供一定的理论依据和参考。     

带式制动器瞬态温度场的有限元分析

依据传热学理论和带式制动器的结构特点,建立了制动带瞬态温度场数值模拟三维有限元计算模型,用有限元分析软件MSC.Marc进行了紧急制动工况下瞬态温度场的分析计算,获得了内部温度场分布规律;分析了摩擦片不同性能参数对温度场分布规律的影响,为带式制动器的优化设计提供参考。     

循环对称结构重根模态振型相关性修正

为消除循环对称结构有限元模态分析和试验模态分析对应重根模态振型之间的夹角误差,实现模态相关性的准确定量分析,基于模态振型方程,揭示不同模态模型重根模态振型夹角误差产生机理,提出修正循环对称结构模态振型相关性的新方法。计算各阶重根模态有限元模态振型与试验模态振型间互模态置信准则(Cross modal assurance criterion, Cross MAC)初值得到夹角误差;在此基础上确定出对应的旋转角度和测点数;对有限元模态振型进行旋转匹配并计算得到修正后的Cross MAC值。应用该方法对制动盘有限元模态模型和试验模态模型进行相关性修正,结果表明：该方法不仅能获得准确的循环对称结构模态相关性,且相比于已有的循回群和初等旋转变换方法而言,修正效率得到显著提高。     

动态对流换热条件下液压盘式制动器传热性能预测

液压盘式制动是目前汽车上应用最多的制动类型，制动盘的传热性能对制动可靠性有重要的影响。充分考虑动态对流换热条件，根据边界层理论推导出沿径向变化的表面换热系数，基于有限元法对盘式制动器的传热特性进行了计算，得出制动盘的三维瞬态温度场和摩擦半径内节点温度的变化规律。通过台架试验验证可知，考虑风动因素能够使边界条件更符合真实情况，该传热性能预测方法具有较高的计算精度。     

机床整机系统振动特性分析

将现代振动测试手段和有限元模态分析技术相结合,对新研发的立式加工中心0540d整机系统进行振动特性分析。用有限元计算方法对新研发的产品整机进行动态性能预估,掌握机床加工区域的振型及系统的固有频率。在该数控机床生产安装完成后对整机进行振动模态测试,把实验得到的模态参数与有限元计算值进行对比验证。结果的对比分析表明,有限元模型的振型与实验基本一致,计算得到的固有频率与测试频率误差在16%之内。说明该有限元模型可以真实地反映实际动态特性的,同时也可以对研发的新产品进行动态特性预估分析。     

消防救援装备新型安全制动机构动态特性分析

为了避免消防救援装备在运行过程中,其上的新型安全制动机构与外界激振产生共振而影响机构正常运行。通过对新型安全制动机构进行模态分析,并且利用有限元分析软件ANSYS对安全制动机构进行动态特性分析,获得机构最小固有频率为132.9 Hz及振型变化形式。通过计算得出外界激振频率为30 Hz和53.04 Hz。两种激振频率比较可知,机构外界激振频率均小于固有最小频率,因此新型安全制动机构正常运行过程中不会发生共振。