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汽车盘式制动器瞬态温度场模拟与分析

作　者: 余武弦
导　师: 钱立军
学　校: 合肥工业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 盘式制动器瞬态温度场接触模型有限元法
分类号: U463.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 342次
引　用: 2次
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内容摘要

制动器的温度场分析对于摩擦制动器的制动性能乃至汽车的安全性能尤为关键,也是制动器设计过程中的重要依据。本文综述了盘式制动器温度场问题的主要研究内容以及国内外的研究现状,对摩擦界面间的传热规律进行了总结归纳。基于盘式制动器工作过程中摩擦热的生成原理及其在摩擦副之间的分配规律,建立了盘式制动器的接触模型,应用非线性有限元软件Abaqus,模拟了紧急制动过程中摩擦副的温度场分布。针对摩擦片,建立了另一种计算模型,作了对比分析。在数值计算过程中,考虑制动压力、制动盘转速以及对流换热边界条件的实时变化,使模拟结果更符合实际情况。在单次紧急制动期间,制动器的温度场并呈现出非维轴对称分布,在轴向上和径向上都存在着较大的温差,而在周向上的温差相对较小。随着制动时间的延长,制动盘的温度场将逐渐接近于轴对称分布。在摩擦热流和表面对流换热的共同影响下,制动盘和摩擦片接触表面的最高温度都出现在沿径向的中间位置处,从沿径向的中间位置处到内、外径,表面温度呈现降低的趋势。本文通过对盘式制动器在紧急制动工况下瞬态温度场计算,揭示了制动器摩擦副的温度分布规律;本文计算分析结果为进一步研究制动器的热破坏,盘式制动器的结构设计和合理使用提供了理论依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-12
第一章绪论  12-23
  1.1 引言  12
  1.2 温度对汽车安全性的影响  12
  1.3 研究制动器温度场的意义  12-13
  1.4 制动器温度场问题的主要研究内容  13-20
    1.4.1 制动摩擦表面温度场计算模型  13
    1.4.2 摩擦表面温度场计算方法  13-14
    1.4.3 热流分配系数  14-15
    1.4.4 制动副的摩擦系数  15-16
    1.4.5 表面接触模型和摩擦片的压力分布  16-17
    1.4.6 磨损、“热弹性不稳定”和“热点”  17-18
    1.4.7 测量滑动接触表面温度的实验技术  18-20
  1.5 国内外研究概况及发展趋势  20
  1.6 制动器温度场研究存在的问题  20-21
  1.7 本文主要研究内容  21-23
第二章瞬态热传导及几何非线性的有限元方法描述  23-36
  2.1 传热学基础知识  23-24
  2.2 热传导有限元法描述  24-26
    2.2.1 温度场问题的基本方程  24-25
    2.2.2 求解温度场的有限元法  25-26
  2.3 几何非线性分析算法的描述  26-36
    2.3.1 大变形应变与应力理论  27-28
    2.3.2 运动平衡方程和虚功方程  28-29
    2.3.3 增量非线性有限元方程  29-33
    2.3.4 接触问题概述  33-36
第三章 Abaqus 软件简介及摩擦副接触模型的建立  36-44
  3.1 Abaqus 软件简介  36
    3.1.1 Abaqus 的特点和功能  36
    3.1.2 Abaqus 的产品结构  36
  3.2 Abaqus 提供的接触算法  36-38
    3.2.1 约束增强算法  36-37
    3.2.2 接触表面权重算法  37
    3.2.3 跟踪搜索算法  37
    3.2.4 滑移公式  37-38
  3.3 摩擦副有限元模型的建立  38-43
    3.3.1 盘式制动器的结构  38
    3.3.2 制动盘的实际尺寸  38-39
    3.3.3 有限元建模流程  39-43
  3.4 小结  43-44
第四章盘式制动器瞬态温度场分析模型的建立  44-51
  4.1 本文采用的热传导模型  44
  4.2 有关计算数据及边界条件的确定  44-46
    4.2.1 制动器结构参数及热物理属性的确定  44-45
    4.2.2 对流换热及辐射散热边界条件  45-46
  4.3 制动工况的确定  46-49
  4.4 载荷和边界条件的施加  49-50
  4.5 小结  50-51
第五章盘式制动器瞬态温度场仿真结果与分析  51-66
  5.1 计算结果分析  51-61
  5.2 摩擦片人工输入热流计算模型对比分析  61-65
  5.3 小结  65-66
第六章主要结论与展望  66-68
  6.1 木文主要结论  66
  6.2 研究中存在的问题及研究展望  66-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71-72

汽车盘式制动器瞬态温度场模拟与分析

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