盘式制动器热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析

为了解决盘式制动器由于摩擦温度过高而导致可靠性降低的问题,以某种汽车的通风盘式制动器为例,进行了热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析.利用Workbench的“Coupled Field Transient”模块进行热-机耦合分析,得到了在紧急制动工况下制动器瞬态温度场分布,然后通过与实验结果对比分析,确定有限元模型的准确性.根据制动器最高温度不能超过许用温度的关系推测,利用自适应Kriging代理模型理论建立制动器热-机耦合可靠性功能函数模型.采用自适应Kriging-Monte Carlo 模拟 (adaptive Kriging-Monte Carlo simulation, AK-MCS)方法进行热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析,确定设计参数对可靠性的影响程度,并用Monte Carlo法进行结果的验证.结果表明:制动盘单侧厚度对可靠性的影响最为明显,制动盘的导热系数、比热容和散热加强筋厚度次之,制动盘密度影响最小.     

面向热机耦合特性分析的制动器摩擦特性模型

以通风盘式制动器为对象,建立制动器热-机耦合有限元模型,并建立实测摩擦系数、最大恒定摩擦系数、最小恒定摩擦系数和等效恒定摩擦系数4种摩擦特性模型,进行紧急制动工况下制动器热-机耦合特性的仿真分析.通过对比分析4种摩擦特性模型条件下的制动盘瞬态温度场、应力场以及热变形情况,探讨了面向制动器热-机耦合特性分析的制动副摩擦系数特性的模型建立方法.     

盘式制动器接触压力与热机耦合特性仿真分析

接触压力分布特性和热-机耦合动力学特性对制动器的综合性能具有重要影响。针对某通风盘式制动器,分别以活塞刚性面和钳指刚性面模拟活塞侧和钳指侧制动块的法向力作用,建立了三维瞬态热-机耦合动力学有限单元模型。基于该模型进行紧急制动工况下制动盘和制动块之间的接触压力分布特性、制动块的热-机耦合特性（温度场、应力场与热变形）的仿真计算,并分析了二者之间的相互作用规律。分析表明：摩擦衬片的开槽结构、活塞和钳指的形状会显著影响接触压力分布特性;制动块的瞬态温度场、应力场和热变形具有复杂的时间变化和空间变化规律。     

制动盘端面跳动引起制动力矩波动的建模分析

建立了制动盘端面跳动（SRO）等效于制动盘厚度不均匀（DTV）的数学模型和基于多体系统动力学分析软件ADAMS上的物理仿真模型，研究基于制动盘装偏情况下制动盘端面跳动向虚拟制动盘厚度的转化过程，并利用制动器台架试验进行验证．结果表明：制动盘端面跳动最终以虚拟制动盘厚度变化形式引起制动力矩的波动，这为制动器总成和轮毂等相关零件的结构设计和安装要求提供了参考，为制动盘安装状态下的端面跳动量控制标准制定提供了理论依据。     

通风盘式制动器热机耦合理论建模与分析

针对制动盘内外侧壁厚不等的通风盘式制动器,基于实测制动副摩擦系数一相对速度试验数据,建立了3维瞬态热-机耦合理论模型及有限元模型,分析了紧急制动工况下制动盘瞬态温度场和法向应力场在径向、周向和法向的分布特征,以及制动盘侧面热弹性变形和厚薄差变化规律.在台架试验中利用热电偶和非接触式位移计测量了制动盘表面温度和热弹性变形,仿真计算结果与试验结果具有良好的一致性,研究结果表明:制动盘瞬态温度、法向应力、热弹性变形之间存在复杂的耦合关系,这主要是由于制动盘通风槽和内、外侧壁厚不等的结构特点以及摩擦、热、机械的相互作用所致.     

盘式制动器热弹性耦合分析

探讨了汽车盘式制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性问题及其分析方法.利用有限元分析软件ANSYS 8.1建立盘式制动器热弹性耦合分析的三维有限元模型,确定对模型求解的边界条件、载荷步及模拟工况,研究进行制动器热弹性耦合分析的过程,通过仿真计算得到制动器工作过程中制动盘瞬态温度场、应力场等重要信息.     

紧急制动工况下汽车通风盘式制动器瞬态温度场分布的研究

以某乘用车前轮采用的通风盘式制动器为研究对象,建立其热-结构耦合的3维有限元分析模型.在此基础上采用直接耦合法对该通风盘式制动器在紧急制动工况下的瞬态温度场进行仿真分析,获得整个通风式制动盘和摩擦片在紧急制动过程中温度场的分布情况及变化特性.结果显示:在整个紧急制动过程中,制动盘温度场的分布不是轴对称的,其在径向、周向及轴向3个方向上均存在着一定的温度梯度; 制动盘的最高温度出现在1.91 s,最高温度为227.1 ℃.同时对该通风盘式制动器进行了与仿真分析相同制动工况下的台架试验,所获得的实验结果与仿真计算结果基本一致,从而验证了仿真分析的有效性,为通风盘式制动器的设计及优化提供了理论基础.     

制动钳及其约束对制动器热机耦合特性的影响

在定义零件间的约束关系和边界条件并且设置制动器摩擦系数、对流传热系数和橡胶衬套刚度等关键参数的基础上,建立了包含制动盘、摩擦衬片、制动块背板、活塞、制动钳、保持架、导向销及其橡胶衬套等零件的完整制动器热机耦合有限元模型.利用该模型对单次制动工况下的制动盘温度、周向应力和变形等热机耦合特性进行了分析.基于该模型将导向销橡胶衬套等效为弹簧单元和固定约束,发现橡胶衬套可忽略其几何结构等效为弹簧单元,但不可忽略为固定约束.最后,结合在制动器惯量试验台上开展的制动器热机耦合试验中热成像仪等设备测量盘面温度和变形的结果,验证模型的有效性,说明制动钳对制动器热机耦合特性有重要影响.     

汽车制动器热机械特性研究

本文主要研究了汽车盘式制动器热机械特性并利用ANSYS软件建立了制动盘仿真计算模型。计算模型用于验证制动盘几何设计参数的合理性。仿真结果表明了在制动过程中温度场和应力场完全耦合。同时还表示了温度、冯米泽斯应力、制动盘的总变形和制动衬块的接触压力在仿真过程中均都增加。     

带有ABS系统的汽车制动效能的研究

基于制动过程的能量转换及摩擦生热,通过对盘式制动器实际工作条件的分析和理论计算,建立了紧急制动过程中制动盘与摩擦片瞬态温度场分析的有限元模型.采用直接热力耦合有限元方法来分析制动器摩擦热的产生及其温度的瞬态分布.讨论在汽车制动时ABS系统对汽车制动效能的影响.     

制动盘结构参数对温度场和应力场的影响研究

应用ABAQUS有限元分析软件,结合热-力耦合理论和传热学理论,模拟了在紧急制动下制动盘的温度场和热应力场分布,并研究了制动盘结构参数对温度场和应力场的影响.以现有厚度的制动盘为研究对象,运用单因子变量法,研究了制动盘厚度为9,11,12和13mm时对温度和应力的影响以及两种不同结构的通风孔对温度和应力的影响.结果表明:当厚度为13mm时,制动盘的最高温度降低了15.25%,最大应力降低了19.29%,与实心式结构的制动盘相比,夹层式结构通风孔的制动盘可使最高温度降低8.06%,最大应力降低30.67%,增大制动盘厚度可减小最高温度和最大应力;孔板式结构通风孔的制动盘表面温度较夹层式低,但应力较大,故夹层式结构通风孔的制动盘较孔板式结构通风孔的制动盘总体性能更优.     

湿式多片摩擦离合器对偶钢片热机耦合分析

针对湿式多片摩擦离合器对偶钢片会发生翘曲、裂纹等导致动力传递失效的问题,以某船用湿式多片摩擦离合器为研究对象,从摩擦热流生成和分配模型、温度场与耦合应力场的数值计算等方面提出了湿式多片摩擦离合器对偶钢片热机耦合问题的分析方法,揭示了对偶钢片发生热失效的机理。研究结果表明：在接合过程中,对偶钢片温度从内沿向外沿依次递增,在3 s的接合时间中摩擦表面温度在2.6 s达到最高点;热应力分布规律为内沿产生周向拉应力,外沿产生周向压应力,摩擦表面产生径向压应力,内部产生径向拉应力。为解决对偶钢片热失效问题提供了理论依据。     

盘式制动器旋转结合面的热-结构耦合特性

为探索盘式制动器制动盘与制动片之间的摩擦生热规律及其热流分配规律,应用有限元软件对汽车紧急制动过程进行模拟,研究了制动器在制动过程中温度场、应力场的分布规律及其变化特征.研究结果表明:在制动过程中,系统的应力场和温度场分布都不均匀,二者沿径向和轴向都有较大的梯度,而沿周向的梯度相对较小;由于热应力和机械应力的作用,制动盘会发生热变形,从而使接触状态改变,并导致压力分布的变化,而接触压力的变化反过来又影响摩擦热流的输入;制动盘的变形既是温度场和应力场耦合作用的结果,也是振动摩擦耦合作用的结果.     

机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究

为了研究机床主轴系统在高速运转情况下的动态性能变化,建立了一种主轴-轴承系统的热-力耦合模型,该模型包括了主轴转子和轴承模型.采用有限元法得到主轴转子模型,该模型考虑了主轴的离心效应、陀螺力矩和轴承刚度软化效应.通过对Jones非线性轴承模型进行改进获得了轴承模型,它考虑了主轴与轴承的初始装配过盈量、离心力、温升等因素导致的轴承内圈径向变形及预紧力的变化.理论仿真结果表明:轴承内圈离心膨胀以及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,而对于背靠背的轴承配置形式,热诱导预紧力会导致轴承刚度减小.此外,主轴离心效应比轴承的刚度软化对主轴-轴承系统动态特性的影响更明显.     

径向非均布压力分布对湿式摩擦副热-机耦合影响

采用有限元模拟和实验的方法，对比分析了5种不同的径向非均布压力分布方式对湿式摩擦副工作过程中热机耦合的作用.结果表明:在加载同种径向压力作用下，对偶钢片的温度场、应力场和应变场三者之间存在较强的耦合关系；在工作终态时，温度、应力和应变场环带的径向位置和各物理量的最值较原加载压力峰值位置向盘面中心方向移动，环带径向位置变化率为盘面宽度的10%~40%；径向压力分布方式对于摩擦副的温度，应力和应变的最值有直接关系，压力沿内外半径波峰式分布时温度、应变最值最大，压力由内径至外径线性减小时应力最值最大，压力沿内径向外径波谷式时变化则是温度、应力和应变最值最小.