汽车制动盘热-结构耦合仿真及寿命预测

凭借热稳定性好、制动力平稳的特点,盘式制动器已广泛运用于各式车辆。由于盘式制动器制动时为摩擦制动,其热-结构耦合特性对制动器的结构、寿命有着重要影响。使用CATIA软件建立简化的三维结构模型,并通过ABAQUS模拟制动器的制动过程,模拟了制动盘在紧急制动过程中热-结构耦合特性的情况,确定了在制动过程中制动盘最容易发生热疲劳失效区域,并通过对制动盘表面径向及同一半径处的周向节点温度及应力的变化情况对比,深入分析了制动盘的温度及应力变化特性。利用Manson-coffin公式对制动盘在紧急制动工况下热疲劳寿命进行预测。     

刹车制动系统形状优化的基频研究

为改善刹车制动系统的动态特性。依据动力学原理推导盘式刹车片的固有频率解析式,运用OptiStruct对不同材料属性的盘式刹车片进行模态分析并验证理论解析的正确性,确定制动系统中最佳的材料。基于HyperMorph对盘式制动盘进行预变形定义并作为形状优化的设计变量,通过OptiStruct优化求解器计算盘式制动盘的最佳结构形状和设计变量灵敏度。它大大提高了盘式制动盘的低阶固有频率且灵敏度分析可给出优化过程中对优化结果影响最大的设计变量并进行针对性的改进。该方法对提高刹车制动系统的性能、降低制动噪音和减小振动有着非常重要的意义。     

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。     

通风盘式制动器制动盘的寿命预测分析

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一力耦合分析结果的基础上．根据Malison—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。     

基于相变储热原理的高速列车制动盘散热研究

随着我国高速列车速度的不断提高,尤其是长大坡道的存在,使得制动盘的应用环境更加恶劣。由于制动摩擦产生的热量使得制动盘温度快速升高,如果散热不及时,会形成高的热应力,从而导致热疲劳裂纹的产生。因此,高效的制动盘散热问题显得尤其重要。目前,制动盘的散热设计主要采用改变散热筋结构形式,这样的散热效果有一定的局限性。为了进一步降低制动盘的制动温度和热应力,根据相变储热原理,设计制动盘散热结构,通过连续两次紧急制动使得制动盘温度上升。应用有限元分析软件对不同的相变储热材料进行散热分析,得到三种制动盘的温度场和应力场。结果表明,具有相变储热材料的制动盘能够明显降低制动过程中制动盘的最高温度,同时降低了制动盘的温度梯度,从而使得制动盘受到的热应力有所降低,在一定程度上预防了热疲劳裂纹的产生。     

盘式制动器结构优化及其制动噪声分析

为进一步研究盘式制动器在制动过程中制动噪声问题,运用序列二次规划理论对盘式制动器进行优化,以制动盘通风孔作为优化对象,将优化得到的几何数据代入几何模型,从而得到一种新型抑制制动噪声的盘式制动器结构,并针对新型结构制动噪声特性相关变化规律进行理论分析和试验验证。研究结果表明:序列二次规划优化算法对于计算盘式制动器制动盘通风孔几何参数问题具有稳定性和准确性,能够为后续产品优化提供计算依据;在制动盘几何模型上加入通风孔后有效地将制动器特征频率进行分离,明显抑制制动噪声问题;通过盘式制动器试验对优化前、后的模型进行验证,试验结果与仿真结果具有一致性,验证了通风孔盘式制动器对于抑制制动噪声尖叫具有重要作用。     

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。     

盘式制动器压力分布状态研究

针对盘式制动器在制动过程中存在的变形和高温的问题,将界面摩擦热流和材料热弹变形引入计算模型,以盘式制动器为研究对象,运用数值分析方法,研究盘式制动器在不同工作条件下压力分布特性的变化规律。分析结果表明:制动一定时间后,制动达到稳定状态,压力分布将为固定状态,但由于摩擦材料表面在高温下产生变化,各表面的压力分布情况将不同;通过多次反复制动,接触面的接触压力在接触的过程中径向上发生变化,制动盘两侧压力分布在温度和热变形的作用下差异较大,但在摩擦盘中部差异较小;热流及材料热弹性能对于摩擦材料实际接触面积与名义面积之比将会对产生重要影响,从而影响压力分布。     

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。     

工程车辆盘式制动器孔盘结构对散热影响分析

孔盘结构很好的解决了盘式制动器涉水时水膜的不利影响,而被普通公路车辆采用。工程车辆不存在涉水情况,分析孔盘结构对其温度场及应力场影响。基于三维瞬态温度场热传导方程,建立温度场传热方程,并搭建有限元模型;对比分析紧急制动工况下,两种形式制动器温度场、应力场分布;搭建试验台,对分析结果进行验证。结果可知:,制动初速度越小,温升最高时刻点越靠后;温度场和应力场的耦合会使制动盘产生更大的热应力使制动盘疲劳强度降低,寿命缩短,整个制动系统的制动效能下降;打孔对于制动盘的温度场、热应力场产生不利影响,会降低制动效能;因此,由于工程车辆盘式制动器的安装特点,不宜采用此种孔盘结构制动器形式。     

有限元方法在工程热物理分析中的应用

有限元仿真是一种重要的CAE分析手段,在工程热物理研究方面有良好的应用效果。以盘式制动为例,对工程热物理中的传热理论进行了解析,采用ANSYS建立盘式制动器的瞬态热分析模型,考虑对流换热系数的动态变化,得出制动盘的瞬态温度场云图。结果表明,制动盘表面的温度分布表现出显著的差异性,轴向方向的传导速率大于径向方向。     

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。     

基于有限元的矿井盘式制动器的制动盘温度分布分析

矿井盘式制动器在制动过程中温度分布对制动效率影响明显,通过有限元仿真方法重点分析了制动盘的径向、周向与轴向温度曲线特征,研究结果表明:进入盘闸制动阶段后,摩擦副表面将会受到外部的压应力作用,导致接触表面形成热应力。受盘闸的结构特点与摩擦副的材料性能影响,制动盘的表面将会形成明显的温度梯度,导致局部应力显著增加,使盘闸的制动性能减弱。随着制动过程到达末期时,接触面将处于一个相对稳定的温升状态,同时非接触区的温度将一直呈现上升趋势。本研究成果对提高制动器的工作效率具有重要的理论价值。     

地铁列车轴装制动盘热力耦合仿真分析

电制动失效时的摩擦制动热负荷引起的制动盘热疲劳损伤是影响列车运行安全的重要因素。建立地铁列车轴装制动盘摩擦制动三维有限元模型,调查了制动盘在一次常用制动、一次紧急制动两种制动工况时的热-力耦合情况,获得制动盘在两种制动方式下的温度场和应力场。仿真结果表明,不同工况下制动盘面的温度分布具有相似规律,即在制动初期,盘面温度迅速上升并很快达到峰值点166.81℃和151.5℃,随后盘面温度缓慢下降。应力场初始以机械应力为主,随着制动温度的上升,热应力成为主要影响因素。应力场与温度场分布相似,但应力峰值延后于温度峰值出现。热应力在制动中会引起材料损伤积累,导致制动盘疲劳开裂。     

基于非稳态热模型的汽车制动盘温度预测研究

热性能是的汽车制动系统关键性能之一,影响着系统可靠性与稳定性,同时也是制动系统设计匹配过程中的主导因素。本文通过对非稳态热模型的数值分析对汽车盘式制动器进行温度预测,实现制动盘的瞬态稳态精准预估,对制动系统精益化开发与稳健性设计具有一定的现实意义。以汽车制动系统制动盘为研究对象,根据刹车片与制动盘的摩擦生热,将制动盘进行轴向离散建立一维非稳态热模型,通过有限差分数值方法进行模型求解,揭示制动盘温度场分布特征,高效预测瞬态制动系统热性能,为汽车制动系统参数设计提供指导依据。     

基于模糊优化方法盘式制动器优化设计

盘式制动器作为载重车辆重要的制动装置,其优化中存在诸多的模糊因素,这些因素对提高制动器的性能具有重要影响。基于盘式制动器的结构特点和制动过程特点,以制动器制动过程时间最短为主要优化目标,以制动盘厚度最小为次要优化目标,搭建盘式制动器通用设计的模糊优化数学模型。考虑到摩擦因数的不确定性及各约束边界的模糊性,运用模糊评判和模糊优化方法确定了摩擦因数及各相关参数。结果表明:通过模糊优化设计,制动时间显著缩短约5%,制动盘厚度也有所减小约9%;搭建盘式制动器试验台,对优化设计前后制动器制动时间进行对比,结果表明优化设计的有效性和可靠性,对盘式制动器的设计制造具有一定的实际指导意义。     

低温环境下制动参数对列车制动材料摩擦性能的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机与温度控制装置模拟低温环境下列车的制动行为,研究了低温环境(-20℃)下制动压力、制动速度对制动盘与制动闸片摩擦磨损性能的影响.研究结果表明,低温环境(-20℃)下制动盘与闸片之间的摩擦因数和磨损率均比室温环境(20℃)下略微提高.在低温环境下,制动压力和制动速度对制动材料摩擦磨损与损伤行为有明显影响.制动盘与闸片之间的摩擦因数随制动压力的增大呈现先减小后趋于稳定的变化趋势;随制动速度增加,摩擦因数呈现先减小后增加的变化趋势.制动盘和闸片的磨损率随制动压力的增大均呈现先增大后趋于稳定的变化趋势,且闸片材料的磨损率均大于制动盘材料的磨损率;随制动速度的增大,制动盘磨损率呈现快速减小的趋势而闸片磨损率呈现先减小后趋于稳定的趋势.随制动压力和制动速度的增大,闸片磨损表面第三体层分布更加均匀,表面剥落坑数量与面积呈减小趋势.     

利用不稳定系数TOI分析盘式制动器噪声

针对某型号车辆前轮盘式制动器低速制动时出现的制动噪声现象,应用ABAQUS软件,建立由制动盘、制动支架及摩擦衬块组成的盘式制动器有限元模型。通过对关键零部件自由模态仿真分析和模态的锤击试验,验证有限元模型的准确性。利用复特征值法,结合系统不稳定系数TOI,分析摩擦因数、材料弹性模量、制动衬块厚度参数变化量对盘式制动器制动噪声特性参数的影响规律。优化制动盘和摩擦片的结构,装车试验后解决了制动噪声问题。     

制动片表面沟槽结构对盘式制动器热机耦合特性的影响

基于热-位移瞬态分析法,利用ABAQUS有限元软件建立盘式制动有限元模型,研究车辆在制动过程中制动片和制动盘的温度分布特性和振动行为。同时,在制动片摩擦面设计出3种不同分布的沟槽结构,研究沟槽分布对制动器热机耦合特性的影响。结果表明,制动片上设计沟槽能够降低摩擦面的温度,其中三沟槽制动片降温效果最好,双沟槽和三沟槽制动片通过形成多个高温区,可改善摩擦面局部过热。此外,制动片表面沟槽结构也能抑制系统的摩擦自激振动,装配双沟槽和三沟槽制动片的制动器制动全程没有产生摩擦自激振动,单沟槽制动片表现为低频摩擦自激振动,而装配光滑制动片的制动器各零件的振动在高频处发生了耦合,整体发生了强烈的摩擦自激振动。     

高速列车制动材料高温摩擦磨损行为研究

高速列车制动盘制动时的高温摩擦磨损是导致制动盘失效的原因之一,针对高速列车制动材料,设计了4种不同温度梯度(25℃、200℃、400℃、600℃)的摩擦磨损试验。以制动闸片材料作为销试样、制动盘材料做为盘试样,进行销-盘式摩擦磨损试验。结果表明:25℃和400℃条件下都具有较高的摩擦系数,但是两种温度下的磨损类型不同;25℃条件下盘试样的磨损量和表面粗糙度均最大,以磨粒磨损为主,盘表面有明显犁沟现象;200℃条件盘试样表面平整,摩擦系数和失重量均最小,摩擦面有部分片状石墨起到润滑作用;600℃盘试样出现负磨损,氧化磨损和黏着磨损同时存在。