ANSYS经典案例在Workbench中实现汽车刹车盘制动噪音分析

ANSYS Workbench基础上的汽车盘式制动器性能【摘要】在汽车设计和制造中，汽车的制动性能可靠性是衡量汽车安全的重要标志，为了有效分析汽车盘式制动器性能，本文主要利用ANSYS Workbench 软件平台来分析影响汽车盘式制动性能。

【关键词】汽车盘式制动器；制动性能；ANSYS Workbench软件分析盘式制动器的结构及评价指标，采用有限元方法进行盘式制动器主要零件的静力分析和制动器热力学分析，从而得出影响盘式制动性能的主要因素有零部件的强度、制动振动及制动热传导等。

1盘式制动器结构组成及性能评价根据结构的不同，汽车盘式制动器主要分为全盘式、钳盘式等两种，其主要由制动器钳体、制动主缸、制动盘、摩擦片及制动钳支架等多个零部件组成。

针对汽车盘式制动性能评价指标，由于汽车的制动性能是确保汽车安全的关键，因此，大多数国家对汽车盘式制动的性能都做出了严格的规定，包括制动距离与制动减速度的效能、制动效能恒定性及进行制动时汽车行驶方向的稳定性等。

因此，根据制动器制动性能的评价指标，可以得出影响汽车制动性能的影响因素主要包制动效能、制动距离与制动减速度等。

2盘式制动器主要零件的结构静力学分析由于盘式制动器部件的强度和刚度关系到制动系统的可靠性，因此，利用有限元分析软件ANSYS Workbench模块对盘式制动器中的制动盘、钳体、摩擦片等进行结构静力学分析，通过结构静力学分析，则可以确定出结构加载的应力及位移，其静力分析方程为：[K]={μ}={F}，其中[K]代表刚度矩阵，{μ}代表位移矢量，{F}代表静力载荷，在静力分析中，一般不考虑动载荷的影响。

一般情况下，结构静力学的分析方法和步骤主要包括创建分析系统；在工程数据Engineering Data中定义材料属性；创建几何模型；零件定义；连接关系定义；建立有限元模型；施加载荷数据和约束；设置求解选项，并求解；数据显示和动画演示处理等步骤。

3制动器热力学分析在制动器设计过程中，制动器的热力学分析发挥着重要作用，为了全面分析制动盘、摩擦片工作时的热传导状态，可以利用ANSYS Workbench的热分析模块来对其进行瞬态热的分析。

霆塑监基于A N SY S的汽车制动盘模态分析董士琦过学迅(武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070)喃要]运用cA T I A软件建立了专用车刺动盘的三维模型，导入A N s Y s软件对其进行了模态分析，得到制动盘的固有频率及掘型特征，与激振频率进行对比，尽量避免产生共振和噪声，为实际模态试验提供参考和依据。

[关键词]制动盘；模态分析；振动特征；-9491前言制动时制动系产生的制动噪声尽可能小是制动器设计的主要要求之一。

汽车制动过程中，作用在制动器各零件上的载荷都是动载荷，若激振频率与制动零件的固有频率接近，零件将产生强烈的共振，从而产生严重的制动噪声，甚至造成零件寿命5睾f氏和结构破坏。

制动盘作为盘式制动器的主要摩擦副，对其进行有限元模态分析，分析其振型特征，提出相应的修改方案，为进—步的模态试验提供参考和依据。

2模态分析理论结构模态分析用于确定结构的振动特征(固有频率与振型)，同时也是其它动力学分析的基础。

实际的动力学分析一般是将连续结构离散化为具有N个有限自由度的多自由度离散系统。

一个N自由度线性定常系统的运动微分方程可写为：肿似(t)mⅨ(t)H献“))=fF(t))(1)式中：【M、【a和闪分别为系统的质量、阻尼和刚度矩阵：D((t))、Ⅸ(t))；}ⅡD((1))分别为加速度向量、速度向量帝啦移向量：俨(t))为激励载荷向量。

实际分析过程中由于结构阻尼较小，且不易很好地在有限元模型中处理阻尼和阻尼分布问题，故将其忽略不计。

而结构模态是机械自由振动时的基本振动特型，不考虑外激励载荷。

因此运动微分方程式(1)中的㈦Ⅸ(t))和{F(t)韵为零，得到：【M】D((t)M K3Ⅸ“)】=O(2)弹性物体的自由振动可以分解为一系列简谐振动的叠加，则有：风啦：Ⅸ拈i ncot(3)将式(3)代人式(2)得：l il q一∞彻咐=0(4)自由振动时各节点的振幅Ⅸd不全为零，所以可知：Ib．∞2[M II=0(5)其中刚度矩阵[Iq和质量矩阵【M】均为(N xN)阶矩阵，N为节点自由度的数目。

基于ANS YS 的鼓式制动器及振动噪声研究吉林铁道职业技术学院汽车工程系 李善锋摘 要 利用AN SYS 软件分别建立了制动蹄、制动鼓、摩擦衬片和制动底板的三维有限元模型。

在模态分析的基础上提出了修改制动蹄、制动鼓、制动底板的结构参数、材料参数以及在模型上添加质量块或加强筋的方法以错开各零部件的固有频率范围降低振动噪声。

最后对修改后的各零部件进行了模态分析,初步验证了措施的有效性。

关键词 AN S Y S 鼓式制动器 有限元 振动噪声1 引言鼓式制动器因其结构紧凑,性能可靠,制动功率大,成本低,在卡车和大中型客车中广泛应用。

但由于环保要求的提高及汽车使用者对于乘用舒适性的要求,制动噪音问题仍然是一个迫切需要解决的问题。

2 有限元模型鼓式制动器主要部件,如制动鼓、制动底板、制动蹄、摩擦片常为制动器噪声的主要振源。

研究制动噪声机理,就应该建立制动鼓、制动底板、制动蹄、摩擦片的三维模型。

为了便于有限元计算,适当的忽略一些小的圆角、圆孔、凸台和凹槽等结构。

在ANSYS 中建立有限元模型时,根据制动器的几何结构选用八节点六面体实体单元类型,在模态分析中采用SOLI D 45单元。

综合考虑模型的计算经济性及网格的质量等问题,对制动器各部分进行网格划分。

对制动鼓实体模型进行网格划分,建立制动鼓的有限元模型,如图1所示。

结点数5033个,单元数14774个。

对制动蹄实体模型进行网格划分,建立制动蹄的有限元模型,如图1所示。

结点数4552个,单元总数15930个。

对摩擦衬片实体模型进行网格划分,建立摩擦片的有限元模型,如图1所示。

结点数203个,单元总数508个。

对制动底板实体模型进行网格划分,建立制动底板的有限元模型,如图1所示。

图1 有限元模型3 振动模态特性分析在一般的有限元分析中,系统的自由度很多,同时在研究动态特性时,往往只需了解少数较低阶特征值及相应的特征向量。

应用较广泛的有子空间迭代法、分块Lanczos 法和缩减自由度法。

ANSYS14.0实例汽车制动器噪声的有限元分析/PREP7H1=0.015H2=0.015R1=0.125R2=0.175ERFA=35ET,1,SOLID185KEYOPT,1,2,1MP,EX,1,2E11MP,PRXY,1,0.3MP,DENS,1,7800CYLIND,R2,R1,0,H1,0,360,CYLIND,R1,R2,H1,H1+H2,0,ERFA,CYLIND,R1,R2,-H2,0,0,ERFA,ESIZE,0.006VSWEEP,ALL!*CM,_NODECM,NODECM,_ELEMCM,ELEMCM,_KPCM,KPCM,_LINECM,LINECM,_AREACM,AREACM,_VOLUCM,VOLU/GSAV,cwz,gsav,,tempMP,MU,1,0.2MAT,1R,3REAL,3ET,2,170ET,3,174KEYOPT,3,9,0KEYOPT,3,10,2R,3,RMORE,RMORE,,0RMORE,0! Generate the target surface ASEL,S,,,2CM,_TARGET,AREATYPE,2NSLA,S,1ESLN,S,0ESLL,UESEL,U,ENAME,,188,189 NSLE,A,CT2ESURFCMSEL,S,_ELEMCM! Generate the contact surface ASEL,S,,,7CM,_CONTACT,AREA TYPE,3NSLA,S,1ESLN,S,0NSLE,A,CT2 ! CZMESH patch (fsk qt-40109 8/2008) ESURFALLSELESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2ESEL,A,TYPE,,3ESEL,R,REAL,,3/PSYMB,ESYS,1/PNUM,TYPE,1/NUM,1EPLOTESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2ESEL,A,TYPE,,3ESEL,R,REAL,,3CMSEL,A,_NODECMCMDEL,_NODECMCMSEL,A,_ELEMCMCMDEL,_ELEMCMCMSEL,S,_KPCMCMDEL,_KPCMCMSEL,S,_LINECMCMDEL,_LINECMCMSEL,S,_AREACMCMDEL,_AREACMCMSEL,S,_VOLUCMCMDEL,_VOLUCM/GRES,cwz,gsavCMDEL,_TARGET CMDEL,_CONTACT!*CM,_NODECM,NODE CM,_ELEMCM,ELEMCM,_KPCM,KPCM,_LINECM,LINECM,_AREACM,AREACM,_VOLUCM,VOLU/GSAV,cwz,gsav,,tempMP,MU,1,0.2MAT,1R,4REAL,4ET,4,170ET,5,174KEYOPT,5,9,0KEYOPT,5,10,2R,4,RMORE,RMORE,,0RMORE,0! Generate the target surface ASEL,S,,,1CM,_TARGET,AREA TYPE,4NSLA,S,1ESLN,S,0ESLL,UESEL,U,ENAME,,188,189NSLE,A,CT2ESURFCMSEL,S,_ELEMCM! Generate the contact surfaceASEL,S,,,14CM,_CONTACT,AREATYPE,5NSLA,S,1ESLN,S,0NSLE,A,CT2 ! CZMESH patch (fsk qt-40109 8/2008) ESURFALLSELESEL,ALLESEL,S,TYPE,,4ESEL,A,TYPE,,5ESEL,R,REAL,,4/PSYMB,ESYS,1/PNUM,TYPE,1/NUM,1EPLOTESEL,ALLESEL,S,TYPE,,4ESEL,A,TYPE,,5ESEL,R,REAL,,4CMSEL,A,_NODECMCMDEL,_NODECMCMSEL,A,_ELEMCMCMDEL,_ELEMCMCMSEL,S,_KPCMCMDEL,_KPCMCMSEL,S,_LINECMCMDEL,_LINECMCMSEL,S,_AREACMCMDEL,_AREACMCMSEL,S,_VOLUCMCMDEL,_VOLUCM/GRES,cwz,gsavCMDEL,_TARGETCMDEL,_CONTACT/soluantype,static ! Perform static analysisnropt,unsym ! Unsymmetric Newton Raphson option nlgeom,on ! Turn on large deflectionDA,5,ALL,DA,6,ALL,DA,8,UX,DA,8,UY,DA,13,UX,DA,13,UY,SFA,8,1,PRES,1E6SFA,13,1,PRES,1E6outres,all,allautots,on ! Auto time stepping turned ontime,1.0rescontrol,define,all,1solve! Perform first static solveESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2,4,2EPLOTallsel,allcm,E_ROTOR,elemcmrotate,E_ROTOR,,,2, ! Rotate the target elements to generate sliding friction contacttime,2.0 ! Specify end timesolve ! Perform second static solvefinish/SOLUantype,static,restart,,,perturb ! Restart from last load step and sub step of previous! static solution to perform perturbation analysisperturb,modal,,,, ! Perform perturbation modal solvesolve,elform ! Regenerate the element matricesMODOPT,UNSYM,30 ! Use UNSYM eigen solver and extract 30 modesmxpand,30,,, solvefinish/post1 file,,rstp。

基于 ANSYS的制动盘模态分析汉世成【摘要】Brake disc is the key component of disc brake, which vibration during braking has a greater impact on its perform-ance.In order to accurately grasp the vibration performance characteristics, the finite element model of brake disc is estab-lished by finite element method, and its freedom and constraint modal analysis are studied.The results get in the front of six natural frequencies and mode shapes of brake disc, and the weak modal of brake disc is identified and provide a theoretical reference for material selection and design of the brake disc.%制动盘作为盘式制动器的关键部件，在制动过程中发生的振动对其工作性能有较大的影响，为了准确把握其振动性能特性，采用有限元方法建立制动盘部件有限元模型，并对其进行自由模态分析和约束模态分析，研究得到了制动盘前六阶固有频率和振型，并确定了制动盘的薄弱模态，研究结果为制动盘的选材和设计提供了一定的理论参考。

【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P5-6,10)【关键词】制动盘;模态分析;有限元法【作者】汉世成【作者单位】兰州铁路局兰州西车辆段，甘肃兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】TH133.70 引言盘式制动器是一种常用的制动装置，广泛应用于汽车、火车、飞机等各种制动装置中，盘式制动器主要部件包括制动盘、摩擦片、卡钳、支架等［1－2］，当制动动作发生时，通过卡钳将两侧摩擦片夹紧旋转的制动盘产生摩擦力矩实现制动，通常有双卡钳和单卡钳两种。

研兗・开发基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化研究！口华逢志口王东方口缪小冬口洪涛南京工业大学机械与动力工程学院南京211800摘要：以小型轿车前轮盘式制动器为研究对象，基于ANSYS Workbench软件进行轻量化研究。

在研究中，建立了钳体和支架的有限元模型，并进行静力结构分析。

分析结果表明，钳体和支架的刚度、强度满足要求。

对钳体进行轻量化设计，采用低密度、高强度的铸造铝合金材料再次进行静力结构分析。

分析结果表明，钳体的刚度、强度仍然在可控范围内，且钳体的质量减小至原来的37%。

对钳体和支架进行模态分析，确认轻量化后钳体的模态频率有很大提高，降低了制动系统共振的可能性。

关键词：汽车盘式制动器轻量化软件中图分类号：TH6：8463.51y2文献标志码：A文章编号$1000-4998(2020)09-0040-05Abstrac,:Taking thx front wheel disk brake of a smal t cor as thx resevrch object%lightweight study was performed based on ANSYS Workbench software.In thx study,thx finite element modets of thx clamp body and thx bracket were established,and thx static strncturat analysis was carried out.Thx analysis results show that thx rigidity and strength of thx clamp body and thx bracket con meet thx requiremenW.During thx lightweight design of thx clamp body,low-density and high-strength cosi aluminum toy material was adopted while its static structure was analyzed again.Thx analysis results show that thx stiOncs and strength of thx clamp body are still within thx controllable range,and thx mass of thx clamp body is reduced to37%.Thx modal analysis of thx clamp body and thx bracket conarms that thx modal frequence of thx clamp body has been greatly improved after lightweight design,which reduces thx possibility of resonance of thx brake system.Keywordt:Automobile Dist Brake Lightweight Softwarr1研究背景目前，国内外大力提倡节约能源和保护环境的生活、生产方式,汽车轻量化技术是汽车行业发展的一个主流方向&研究结果表明，如果使一辆轿车的质量减轻10%，那么它的经济性将提高3%-4%，与此同时，汽车的废气排放量会相应降低，从而减轻对环境的污染(1)&汽车制动器是汽车制动系统的重要组成部分，在汽车的安全行驶过程中扮演重要角色，其性能优劣直接影响汽车的整体安全性能&汽车制动器主要分为盘式制动器和鼓式制动器&盘式制动器由于具有散热性佳、反应灵敏、制动力线性等优点，逐渐受到国内外汽车制造商的青睐，被广泛应用于汽车制动系统中&可见，对汽车盘式制动器进行轻量化设计，具有十分重要的意义&汽车轻量化的关键在于底盘零部件的铝合金化&铝合金材料是目前车用金属材料中密度较低的轻金属材料，约为钢铁的1/3&铝合金材料来源广泛，因而成为汽车轻量化、提高节能性和环保性的首选材料&以铝代钢是当前汽车轻量化的重要途径(2)&铝具有良好的导电、导热性能，通过铸造、锻造和冲压工艺，可以将铝合金制造成各种汽车零部件⑶&采用全铝车身的福特新车型，车身质量相比金牛座减轻了52.7%，并提高了燃油经济性(4)&本田Insight的底盘燃料油箱、前悬臂、前制动钳、后轮鼓式制动器等大部分零部件都采用了铝合金⑸。

基于ANSYS Workbench的声场分析方法介绍ANSYS 18.2版本以前要在Workbench界面中进行声场分析，需额外下载声学ACT插件，并手动集成于Workbench中才能进行声学分析。

R18.2版本对此作了较大改进，声学分析模块已成为ANSYS Workbench界面中的正式模块。

本文在ANSYS Workbench19.0环境中以简易扬声器为例，介绍声场分析的一般步骤，供大家学习和参考。

1. ANSYS Workbench声学分析模块创建将扬声器及挡板几何模型文件拖入至Workbench空白区域中，出现项目A，然后从左侧Toolbox中拖动声学分析模块“Harmonic Acoustics”至项目A的“Geometry”上松开鼠标，此时出现项目B，项目B与项目A之间存在几何数据传递关系，如图1所示。

图1 声学分析模块创建2.建立完整声场分析模型导入进Workbench中的扬声器及挡板几何模型如图2所示。

在进行声学分析前，我们还需建立声学介质传播区域和无限边界区域，图3即为完整的声场分析模型。

值得注意的是，外部的边界区域选用完美匹配层（PML）方法，此方法得到的网格单元吸收声辐射能，而不进行反射，用以表征无限的声场边界。

建立声学介质传播区域和无限边界区域方法：首先进入Design Modeler，然后使用Tools 中的Enclosure功能，定义Cushion值，并选择“Merge Parts”，分别建立介质传播区域和无限边界区域。

声场分析模型建立后，双击进入“Engineering Data”，新建空气介质，输入密度和声传播速度两项参数。

图2 扬声器及挡板模型图3 完整声场分析模型3. 声场分析关键设置3.1 声传播区域设置“Harmonic Acoustics”>“Acoustics Region”，选中介质传播区域，然后在“Geometry”一栏中，点击“Apply”，设置完成后如图4所示。

基于ANSYS Workbench平台的电机电磁噪声仿真分析电动机与发电机等电力设备的噪声起因很多，有电磁振动噪声、机械噪声及流致噪声等等，本文通过ANSYS公司的官方案例为操作背景，详细介绍如何将作用在定子上的瞬态电磁力作为结构谐响应分析的载荷计算振动噪声。

1.电磁模型建立与分析如图1所示为一个电机模型，电机的额定输出功率为550W，额定电压为220V，极对数为4，定子齿数为24个，转子的转速为1500rpm，求电磁振动产生的噪声大小。

本算例使用的模块如下：RMxprt模块：建立电机类型；Maxwell模块：2D瞬态电磁场计算；Structural模块：3D谐响应分析计算；Acoustics ACT模块：噪声计算注：Acoustics ACT模块需要单独安装，请用户到官方网站上自行下载。

图1电机模型电机的电路模型如图2所示。

图2电机电路模型1）启动Workbench。

在Windows XP下单击“开始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench 15命令，即可进入Workbench主界面。

2）保存工程文档。

进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存为“zhendongzaosheng.wbpj”，单击Getting Started窗口右上角的（关闭）按钮将其关闭。

3）双击Toolbox→Analysis System→RMxprt模块建立项目A，如图3所示。

4）双击项目A中的A1栏进如RMxprt电机设置平台，如图4所示。

图3RMxprt模块图4RMxprt平台5）依次选择菜单RMxprt→Machine Type，在弹出的电机类型选择对话框中单击Generic Rotating Machine选项，单击OK按钮，如图5所示。

6）单击Project Manager→RMxprt→Machine选项，在下面出现属性设置对话框中作如下设置：在Source Type栏中选择AC选项；在Structure栏中选择Inner Rotor选项；在Stator Type栏中选择SLOT_AC选项；在Rotor Type栏中选择PM_INTERIOR选项，如图6所示。

基于ANSYSWorkbench的汽车盘式制动器性能分析基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器性能分析引言：随着汽车行业的快速发展和技术的不断进步，制动系统作为汽车安全的重要组成部分之一，其性能分析和优化显得尤为重要。

盘式制动器作为应用广泛的一种制动系统，具有较高的制动效率和稳定性。

本文基于ANSYS Workbench平台，针对汽车盘式制动器的性能进行了详细分析，旨在提高汽车制动系统的制动效果和安全性。

背景：盘式制动器是目前汽车制动系统中使用最广泛的一种制动器。

它由刹车盘、刹车钳、刹车片等组成，通过刹车钳将刹车片夹紧在刹车盘上，利用摩擦产生的阻力来实现制动效果。

然而，盘式制动器在长时间高温工况下容易出现刹车片和刹车盘的热膨胀、磨损、裂纹等问题，严重影响了制动器的性能和安全性。

方法：本文采用ANSYS Workbench软件进行盘式制动器的性能分析。

首先，建立了盘式制动器的三维模型，并导入到ANSYS Workbench平台中。

然后，通过网格划分、材料参数设置、边界条件的设定等步骤对盘式制动器进行预处理。

接着，运用有限元方法对盘式制动器的应力和温度分布进行模拟计算。

最后，通过结果分析和对比，得出有关盘式制动器性能的相关结论。

结果与讨论：通过对盘式制动器进行应力分析，可以得到盘式制动器在工作过程中的应力分布情况。

结果显示，在制动过程中，刹车片对刹车盘施加了大的接触应力，而刹车盘则承受了均匀分布的应力。

这些应力对制动器的磨损和热裂纹等问题具有重要影响。

同时，在温度分析中，可以通过计算刹车片和刹车盘的温度分布情况，了解制动过程中产生的热量。

结果显示，在长时间高温工况下，刹车片和刹车盘的温度会显著升高，造成制动效果下降和刹车系统失灵的风险增加。

结论：通过ANSYS Workbench平台的性能分析，我们可以得到汽车盘式制动器的应力和温度分布情况，找出制动器的潜在问题。

在这基础上，可以采取相应的优化措施，如使用高性能材料、改善制动器散热系统等，以提高制动器的制动效果和安全性。

ANSYS Workbench基础上的汽车盘式制动器性能
赖劼修;肖钒
【期刊名称】《山东工业技术》
【年(卷),期】2014(000)011
【摘要】在汽车设计和制造中，汽车的制动性能可靠性是衡量汽车安全的重要标志，为了有效分析汽车盘式制动器性能，本文主要利用ANSYS Workbench软件平台来分析影响汽车盘式制动性能。

【总页数】1页(P19-19)
【作者】赖劼修;肖钒
【作者单位】南昌大学科学技术学院，南昌330029;南昌大学科学技术学院，南昌330029
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器\r性能分析 [J], 桑振竹;丁振森;杨行;李浩燃;许豪
2.基于ANSYS workbench的发动机连杆力学性能及模态分析 [J], 张德虎;刘爽
3.基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化研究 [J], 华逢志;王东方;缪小冬;洪涛
4.基于ANSYS Workbench的圆周石墨密封动态性能研究 [J], 程瑶;常城;胡海涛;刘颖
5.基于ANSYS Workbench的一种高速动车组构架性能分析 [J], 王颂扬;周润东;杜恒;张宁;何嘉阳;李以博
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基于Ansys Workbench的盘式制动器关键件的结构设计与
模态分析
孔田增;潘宗友
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2024(49)2
【摘要】制动系统是汽车安全行车中非常重要的组成部分,确保驾驶员能够安全控制汽车在行驶中的减速和停车。

盘式制动器是汽车制动系统中常见的一种类型,其工作特点是高速、高温和振动影响。

盘式制动器工作中的高温、振动对其工作性能有较大的影响,直接影响着制动器的安全性。

文章通过对盘式制动器关键件进行有限元仿真分析,得到了关键件的前6阶固有频率和振型,以此准确掌握其振动特性,并对摩擦衬垫结构进行相应的设计和分析,研究结果为盘式制动器关键件的设计提供一定的理论参考依据。

【总页数】6页(P74-79)
【作者】孔田增;潘宗友
【作者单位】兰州石化职业技术大学汽车工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U463.5
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench的盘式制动器主要零件静力分析
2.基于ANSYS Workbench的新型盘式制动器的强度分析和模态分析
3.基于ANSYS
Workbench的盘式制动器动力学分析4.基于ANSYS Workbench的盘式制动器热-机耦合分析5.基于ANSYS Workbench的一种盘式制动器设计与分析
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HEAVY TRUCK《重型汽车》8□文/王传法(中国重汽集团济南桥箱有限公司)徐秀良 肖 将(中国重汽集团技术发展中心)【摘要】基于某重型汽车整车试验出现的制动底板故障，分析故障位置处的装配结构和载荷情况，在Ansys Workbench 环境中进行仿真分析，得到了制动力矩作用下的应力分布云图。

根据仿真结果，分析故障产生的原因。

1 故障描述和初步分析根据前期某重型汽车整车试验反馈，后驱动桥出现制动底板断裂故障，如图1所示。

图1 零件断裂位置图制动底板凸轮轴安装孔两侧20度附近，沿径向出现断裂。

2 制动底板处的结构和受力分析制动底板通过螺栓联接在桥壳上，制动凸轮轴和制动蹄支承销安装在制动底板安装孔上，如图2和图3所示。

制动蹄处产生的制动力矩经过支承销和凸轮轴传递到制动底板上。

因此，认为车桥制动力矩是导致本次故障的原因。

图2 鼓式制动器安装图1.制动凸轮轴2.制动底板3.联接螺栓4.制动蹄支承销图3 制动底板结构图1.凸轮轴安装孔 2、3.螺栓安装孔 4.支承销安装孔3 仿真分析基于上述分析，在Ansys Workbench 环境中进行制动底板抗扭转强度校核计算。

由于零件断裂处的截面较为粗糙，显示为静载荷作用下的破坏。

因此，利用静力分析系统“Static Structural” 建立有限元模型。

3.1 加载方式和载荷计算根据制动底板是否松脱，分两种工况进行仿真分析。

工况1：螺栓联接处于正常预紧状态：需要固定底板法兰面，如图4所示。

工况2：螺栓联接松动失效状态：需固定18个螺栓孔。

制动蹄片受到的法向力、摩擦力以及作用点位置计算如下：两蹄片摩擦力等效作用半径：R 1=R 2=4R(cosα'-cosα'')/[(c o s 2α'-c o s 2α'')2+(2β-2sin2α''+sin2α')2]1/2=282mm式中R 为摩擦片半径，摩擦系数f=0.45，h 为销孔距，β为制动器摩擦片包角。

基于Workbench的盘式制动器振动噪声分析与优化作者：施佳辉王东方缪小东来源：《郑州轻工业学院学报(社会科学版)》2019年第01期摘要：针对汽车制动噪声较大的问题，以某电动汽车盘式制动器为研究对象，用Soildworks软件建立制动器的三维模型，在Workbench平台对该模型进行复模态分析，得出制动时振动与噪音的分布情况，并通过制动块切斜倒角、中间挖凹槽、在钢背面铆接消音片等措施对刹车片结构进行优化，最后使用Dynamometer＼|GIANT 8600惯性试验台对改进前后的制动器进行NVH性能测试.结果表明：摩擦因数越低，制动器复特征值实部值越小，系统越稳定;改进后的制动器可以有效地减少系统不稳定模态的频率，使得汽车在低速时制动噪音明显减少，制动器NVH性能得到显著改善.关键词：盘式制动器;Workbench平台;复模态分析;摩擦因数;NVH试验中图分类号：U463.5文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.2096-1553.2019.01.011文章编号：2096-1553（2019）01-0079-080 引言随着汽车工业的不断发展与新能源汽车的逐渐普及，人们对汽车的舒适性和环境的友好性要求越来越高，因此，汽车的制动噪声、振动与声振粗糙度（简称NVH）成为亟待改善的问题.制动NVH性能的研究非常复杂，不仅涉及摩擦学、声学、振动学，还与热力学、材料学等学科密切相关.国内外相关学者对NVH性能的改善做了非常深入的研究.S.W.Kung[1]等利用有限元方法分析了制动器各部件的自由模态，通过与试验结果的对比，验证了有限元模态分析的准确性，并找出了影响制动稳定性的最大部件为制动块.A.Bajer[2]研究了摩擦阻尼存在时的制动尖叫问题，指出忽略摩擦阻尼得到的不稳定模态大于实际的不稳定模态.黄俍[3]通过整车道路制动抖动试验，分析了制动盘制动面厚度波动与力矩波动及振动加速度的关系，并通过多轮台架试验和多项卡钳系统优化设计解决了车辆制动器制动抖动问题.姜中望[4]基于逆向工程技术，采用3D激光扫描仪完成了制动器的建模，通过优化刹车片底料的成分比例，实现了制动噪音的优化，并在LINK3900噪声试验台上进行了验证.目前，业界大部分学者将研究重点放在了制动盘、制动卡钳等制动器部件上，对于刹车片的研究多是基于简化模型的分析.另外，由于专业试验设备的欠缺，多数学者的研究工作一般停留在軟件模拟与小样试验阶段，很少通过专业的试验对其研究成果进行验证.鉴于此，本文以电动汽车盘式制动器为研究对象，用Soildworks软件建立制动器简化模型，并运用Workbench平台对模型进行复模态分析，由此找出制动噪音出现不稳定模态的频率及分布情况，以便对刹车片进行结构优化，最后用Dynamometer＼|GIANT 8600惯性试验台基于SAEJ2521标准对该制动器改进前后的模型进行试验分析验证，以期为汽车工程领域提供有价值的参考.1.3 盘式制动器的复模态分析制动过程中摩擦因数会随着温度、速度、压力的改变而变化[9]，相应的制动系统的NVH 性能也会随之改变.改变制动器的摩擦因数，依次分析μ=0.3～0.6之间4组摩擦因数（0.3，0.4，0.5，0.6）的系统不稳定模态，得到制动器在不同摩擦因数下系统不稳定模态的实部与虚部值，将其结果整理成散点图，如图3所示.复模态特征值虚部代表固有频率，实部代表系统的稳定因数，实部值大于零表示系统处于不稳定状态.由图3可看出，随着制动器摩擦因数的增加，同频率下系统的实部值也依次增大，即不稳定因数增大.系统不稳定程度越高，制动时产生噪音的概率也就越大.2000～12 000 Hz各个频率段都存在不稳定模态，尤其是2000～4000 Hz和10 000 Hz左右的频率处，不稳定模态频率更为集中，且对应的复模态实部值较大，说明此频率下制动NVH发生的概率较大.由于系统固有频率是由制动器结构本身决定，因此摩擦因数的改变对虚部影响很小.2 制动器的改进与复模态分析对制动器振动噪声影响最大的部件是刹车片[10]，改进刹车片是有效减少制动器振动噪声的关键.对刹车片的改进主要有两大方向：材料和结构.材料的组成配方之方案颇多，且长期以来各刹车片的供应商都在研发新型的高性能刹车片，但一直没有显著成效.然而，对刹车片结构的改进同样能有效地减少制动器部件之间的共振，从而降低系统的不稳定性.因此，本文从结构方面对刹车片进行改进，以提高制动器的稳定性.2.1 刹车片结构优化根据制动NVH的特点与分布规律，对刹车片的结构进行如下优化.1）在摩擦块的两侧切斜倒角.这是由于原摩擦块直角边缘在与制动盘接触时容易产生剧烈摩擦，且直角容易磨掉，产生摩擦碎屑，碎屑的增加一方面会加速制动盘和摩擦块的磨损，另一方面也更容易产生振动与噪音.2）在摩擦块的中间开宽2 mm，深4 mm的凹槽.凹槽可将摩擦碎屑暂时堆积于此，而后在重力作用下自动从凹槽中排除.3）在钢背的后面铆接金属消音片，以有效减少部件之间的共振，降低噪音的频率.改进前后刹车片的实物如图4所示.2.2 改进后制动器的复模态分析将改进后的制动器进行复模态分析，其不稳定模态散点图如图5所示.将图5与图3对比可以看出：改进后不稳定模态频率主要分布在2500～4000 Hz与6000～8000 Hz之间;改进前后模态虚部的值相差不多，但实部的值有了明显降低，最大值在10左右.因此，本文进行的刹车片结构优化对制动器模态的稳定性有明显的改善.3 盘式制动器NVH台架试验结果与分析制动器NVH性能试验采用Dynamometer＼|GIANT 8600惯性制动试验台，该试验台具有密闭双层舱结构，可测量制动器在不同速度、温度和压力下的制动性能[11].通过改变试验舱内温度、湿度及风数等参数，来模拟汽车在实际路面行驶过程中的噪音环境，因此试验结果与真实结果很接近.本试验以国际通用的SAE J2521标准为试验规范，该标准主要分3个基本工况（前进/倒车制动工况、制动拖磨工况和减速制动工况），共分18个阶段.按权重确定不同阶段的试验次数，其中前进/倒车制动工况150次，制动拖磨工况482次，减速制动工况798次，总制动试验循环次数为1430次.试验台架噪声采集器置于制动盘中心水平方向10 cm，垂直方向50 cm处.3.1 噪音发生度噪音发生度即声压级SPL大于70 dB出现的次数与总制动次数的比值[12]，用于反映噪声出现的频率.基本工况下，改进前后制动器的噪音发生度试验结果如表2所示.由表2可知，在基本工况下，制动器振动的频率范围主要在 2～10 kHz之间，制动声压大于70 dB的总次数为114次，占总试验次数的8%，而国内外汽车主机厂商对噪音发生度的要求是不大于5%[13]，试验值在标准范围之外.其中，制动拖磨工况下出现噪音的频率最高，在482次试验中，有94次出现高于70 dB的噪音，占总比的11.8%;前进/倒车制动工况和制动减速工况主要在2～4 kHz 振频下出现噪音.由表2可看出，改进后制动噪音总次数为68次，占总试验的4.8%，比改进前的8%有明显改善，且符合国内外厂商对制动噪音5%的规定.其中，制动噪音主要出现在频率2～4 kHz 和6～10 kHz之间，2～4 kHz出现噪音的工况仍主要是制动拖磨工况.3.2 噪音与频率和温度的关系基本工况下，改进前制动器的噪音与频率和温度的关系如图6所示.由图6a）可看出，在基本工况下，制动噪音主要分布在振动频率2500～4000 Hz之间，这与复特征值模态分析中不稳定模态出现的频率范围基本一致.制动拖磨工况下出现的制动噪音频率最高，且噪音最大，声压级约达95 dB;制动减速工况下，噪音主要出现在振动频率4000 Hz左右;前进/倒车出现噪音的频率较低.由图6b）可知，在特定的初始转速温度下（50～300 ℃），制动噪声主要分布在100～300次、570～750次和1000～1200次这3个制动的区间，且大部分为制动拖磨噪音.基本工况下，改进后制动器的噪音与频率、温度的关系如图7所示.由图7a）可看出，出现制动噪音的频率主要分布在2800 Hz左右和6500～8000 Hz，虽然最大的噪声声压级仍约有95 dB 左右，但噪音出现的频率有了明显的降低.由图7b）可知，出现噪音的频次在整个制动循环中较为分散，相对于改进前有了很好的改善.3.3 制动器的初始温度、速度与噪音发生度的关系表3為改进前后制动器噪音发生度与制动初始温度、速度的关系表.由表3可看出，制动噪音随制动器初始温度的升高呈现先上升后下降的趋势，初始温度在100～200 ℃之间时，出现噪音的频率较大，其中150 ℃时制动出现噪音的频率最高;制动初始速度在10 km/h时出现噪音的频率最高，远远超过其他制动速度下出现噪音的频率，表明汽车在低速时制动，噪声发生的可能性较高.另外，由表3可看出，改进后的制动器在初始温度时对制动噪音出现的频率也有改善，由最高的4%降到了1.5%;制动速度对噪声发生度的影响也由原来的最高7.1% 减少到了3.7%，相对于改进前改善了约50%.4 结论本文主要针对盘式制动器制动时振动噪声大的性能缺点进行改进，通过Workbench的复模态分析得到系统不稳定主要集中的频率范围，然后对刹车片结构进行优化改进，最后在Dynamometer＼|GIANT 8600惯性试验台上进行了相关的试验验证.主要得到以下结论：1）汽车盘式制动器摩擦因数的改变对复特征值虚部影响较小，而对实部的影响很大;摩擦因数越大，系统不稳定模态的实数值越大，从而噪音出现的频率也就越高，适当地降低摩擦因数能改善制动器NVH的性能.另外，制动器在低频振动时制动噪声较为集中，尤其是制动拖磨工况.2）在对刹车片结构进行切斜倒角、开凹槽，并在钢背上铆接消音片后，制动器不稳定模态的实部值相比原制动器有了明显降低，其噪音在各频段下的发生度也都明显下降，且低于国内外厂商对制动噪音的规定，制动器NVH性能有了显著改善.参考文献：[1]KUNG S W， DUNLAP K B， BALLINGER R S. Complex eigenvalue analysis for reducing low frequency brake squeal[J]. Sae Transactions， 2000（1）：1.[2]BAJER A ， BELSKY V ， KUNG S W . The influence of friction＼|induced damping and nonlinear effects on brake squeal analysis[R/OL].（2004-01-2794）[2017-08-12].[3]黄俍.汽车盘式制动器制动抖动分析及改进[D].北京：清华大学，2012.[4]姜中望.基于逆向工程技术的盘式制动器NVH特性研究与优化[D].镇江：江苏大学，2016.[5]张力，黄海明.自修复复合材料刹车片性能研究[M].北京：北京交通大学出版社，2013.[6]雷伟.基于复特征值的盘式制动器NVH分析及试验研究[D].重庆：重庆理工大学，2014.[7]黄泽好，万鑫，雷伟，等.盘式制动器非线性模型的复模态分析及改进[J].现代制造工程，2016（12）：89.[8]彭涛，周亨，田振勇.盘式制动器NVH性能的时-频域耦合仿真方法[J].噪声与振动控制，2016（2）：52.[9]张加乐.基于有限元分析与台架试验的某型轿车盘式制动器减振降噪研究[D].天津：天津科技大学，2016.[10]杨龙宝.基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器性能分析[D].广西：广西大学，2013.[11]潘公宇，姜中望，王宪锰，等.盘式制动器刹车片钢背结构对制动噪声影响研究[J].江西师范大学学报.2016（3）：168.[12]匡博.盘式制动器制动噪声有限元分析[D].长沙：湖南大学，2013.[13]王荣红，马存贵.盘式制动器振动特性的试验研究[J].煤矿机械.2011（11）：84.。

10.16638/ki.1671-7988.2018.19.013基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器性能分析桑振竹，丁振森，杨行，李浩燃，许豪（长安大学汽车学院，陕西西安710064）摘要：汽车的安全性是汽车设计和制造的第一指标，而汽车的制动可靠性是衡量汽车安全标准的重要因素。

全文基于汽车制动理论，通过CATIA三维建模软件建立制动盘的三维模型，然后根据有限元原理，利用ANSYS Workbench软件平台对影响汽车盘式制动器制动性能的主要因素进行研究和分析，文章主要对制动盘做静力分析和模态分析，结果表明该制动盘的性能基本满足要求。

关键词：制动盘；有限元；结构静力学分析；模态分析中图分类号：U463.5 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)19-37-03Performance analysis of automobile disc brake based on ANSYS WorkbenchSang Zhenzhu, Ding Zhensen, Yang Hang, Li Haoran, Xu Hao（Chang'an University school of automobile, Shaanxi Xi'an 710064）Abstract:The safety of a car is the first index of automobile design and manufacture, and the reliability of automobile braking performance is the most important factor to measure the automobile safety standard. The full text is based on the theory of automobile braking, firstly, a three-dimensional model of frame was established in CA TIA. Then, based on the finite element principle, the structural static analysis and modal analysis was done by using the ANSYS Workbench software. The results show that the performance of the brake disc meets the requirements basically.Keywords: Brake disc; Finite element method; Structural static analysis; Modal analysisCLC NO.: U463.5 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)19-37-03引言本文以盘式制动器为研究对象，在CA TIA中建立三维模型并导入ANSYS Workbench中，对其零部件进行了强度及模态分析，得出了零部件所受的最大应力、固有频率及振型[1]。

ansys workbench static acoustics例子
在ANSYS Workbench中进行声学分析可以通过三种方式：经典ANSYS、Workbench和ACT插件。

以下是使用ANSYS Workbench进行声学分析的步骤：
1. 打开ANSYS Workbench，创建一个新的声学项目。

2. 在项目中添加声学模块，并选择适当的声学分析类型，例如稳态、瞬态或频率响应等。

3. 定义声学边界条件和初始条件，例如声源、声速、声压等。

4. 定义材料属性，例如密度、声速等。

5. 划分网格，将模型划分为有限元或有限差分网格。

6. 运行声学分析，并检查结果。

下面是一个简单的例子，演示如何在ANSYS Workbench中进行声学分析：
1. 打开ANSYS Workbench，创建一个新的声学项目。

2. 在项目中添加声学模块，并选择稳态分析类型。

3. 在声学模块中导入模型，并定义声学边界条件和初始条件。

例如，设置声源为点声源，声速为343 m/s，声压为1 Pa。

4. 定义材料属性，例如密度为kg/m³，声速为343 m/s。

5. 划分网格，将模型划分为有限元网格。

可以使用ANSYS自带的网格划分工具或手动划分网格。

6. 运行声学分析，并检查结果。

在结果中可以查看声压分布、声强分布等。

以上是一个简单的例子，实际应用中需要根据具体问题进行相应的调整和修改。

基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化设计及实践许锐1，哈菲2，史楠21.西安华雷船舶实业有限公司　陕西西安　7100002.西安汽车职业大学　陕西西安　710605摘要：以汽车原鼓式制动器为研究对象，采用ANSYS Workbench软件对其进行盘式制动器轻量化设计与优化。

通过研究得出以下结论：盘式制动器在制动性能、散热能力和整体轻量化方面相对于鼓式制动器具有更大的优势。

因此，将鼓式制动器改为轻量化的盘式制动器是一种可行且有效的设计方案。

关键词：ANSYS Workbench；盘式制动器；轻量化设计；仿真分析随着汽车工业的发展，人们对汽车的安全性和性能表现要求越来越高。

制动系统作为汽车安全性能的重要组成部分，其性能直接关系到汽车的制动效果和行车安全。

鼓式制动器是汽车上常见的制动器类型，但由于其结构的限制，存在一些问题，如制动效果稳定性差、散热能力不足及质量大等。

盘式制动器相比于鼓式制动器具有更好的制动性能、散热能力和轻量化特性，因此在现代汽车上得到了广泛应用。

本文旨在将汽车鼓式制动器改为更轻量化的盘式制动器，以提升制动系统的性能和轻量化设计。

首先对鼓式制动器的工作原理和结构进行了分析，找出存在的问题和不足之处。

然后，基于盘式制动器的原理和结构特点，对鼓式制动器进行改进和优化设计。

在设计过程中，充分考虑了制动力、散热能力和轻量化等因素，并利用ANSYS Workbench软件进行了仿真分析。

通过仿真分析，优化了盘式制动器的结构参数，在理论上证明了设计方案的可行性。

最后，通过实践验证，对轻量化盘式制动器的性能进行了实际测试，并与鼓式制动器进行了对比评估。

ANSYS Workbench软件的分析流程ANSYS Workbench的分析流程包括以下几个步骤：首先是初步确定，即根据需要确定所要进行的分析类型和需要考虑的影响因素；其次进行前处理，包括几何建模、网格划分和载荷条件的设置等；第三是求解，使用适当的数值方法进行计算，得出结果；最后是后处理，对计算结果进行可视化和分析，以获取所需的工程信息，如图1所示。

基于ANSYS Workbench的声场分析方法介绍ANSYS 18.2版本以前要在Workbench界面中进行声场分析，需额外下载声学ACT插件，并手动集成于Workbench中才能进行声学分析。

R18.2版本对此作了较大改进，声学分析模块已成为ANSYS Workbench界面中的正式模块。

本文在ANSYS Workbench19.0环境中以简易扬声器为例，介绍声场分析的一般步骤，供大家学习和参考。

1. ANSYS Workbench声学分析模块创建将扬声器及挡板几何模型文件拖入至Workbench空白区域中，出现项目A，然后从左侧Toolbox中拖动声学分析模块“Harmonic Acoustics”至项目A的“Geometry”上松开鼠标，此时出现项目B，项目B与项目A之间存在几何数据传递关系，如图1所示。

图1 声学分析模块创建2.建立完整声场分析模型导入进Workbench中的扬声器及挡板几何模型如图2所示。

在进行声学分析前，我们还需建立声学介质传播区域和无限边界区域，图3即为完整的声场分析模型。

值得注意的是，外部的边界区域选用完美匹配层（PML）方法，此方法得到的网格单元吸收声辐射能，而不进行反射，用以表征无限的声场边界。

建立声学介质传播区域和无限边界区域方法：首先进入Design Modeler，然后使用Tools 中的Enclosure功能，定义Cushion值，并选择“Merge Parts”，分别建立介质传播区域和无限边界区域。

声场分析模型建立后，双击进入“Engineering Data”，新建空气介质，输入密度和声传播速度两项参数。

图2 扬声器及挡板模型图3 完整声场分析模型3. 声场分析关键设置3.1 声传播区域设置“Harmonic Acoustics”>“Acoustics Region”，选中介质传播区域，然后在“Geometry”一栏中，点击“Apply”，设置完成后如图4所示。

基于ANSYS Workbench的盘式制动器主要零件静力分析盘式制动器的主要零件的强度和刚度直接决定了制动系统是否有足够的可靠性，是满足汽车安全的最重要指标。

本文利用ANSYS Workbench，对盘式制动器主要零件进行结构静力学分析，对强度和刚度进行验证。

标签：有限元；静力分析；刚度；强度1.静力学方程结构静力学分析通常用来分析在给定静力载荷作用下的响应。

通常情况下，一般研究的是结构的位移、约束反力、应力以及应变等参数。

忽略阻尼和惯性对系统的影响，假设结构的加载和响应随时间变化不大，利用ANSYS Workbench中自带的Mechanical模块设置结构静力分析选项，然后运用ANSYS求解器进行求解计算。

一般的，静力学分析方程为：[K]{u}={F}其中，[K]是刚度矩阵，{u}是位移矢量，{F}是静载荷。

在分析中，不考虑动载荷对系统的影响，忽略阻尼和惯性。

假设材料为弹性材料，结构总体变形可忽略不计，那么[K]即为常量。

在对结构静力学进行分析时，通常采取的步骤为：建立分析系统、定义材料基本参数和属性、建立几何模型、明确连接关系、进行网格划分、施加载荷和约束、进行求解和后处理。

2.初始参数和有限元模型的建立在建立有限元模型之前，要先定义各部分之间的接触关系，这些关系包括：制动钳体与油缸、制动钳体与支架、油缸与摩擦片、制动卡钳与摩擦片、制动盘两侧与两个摩擦片。

经由计算可得，油缸底面的载荷为 1.7MPa，制动盘体表面施加压力为25MPa。

给制动器端面和中心孔施加全约束。

盘式制动器主要零件参数见上表。

利用Pro/E软件进行建模，再导入ANSYS Workbench中。

3.主要零件静力学分析结果（1）油缸。

在ANSYS Workbench平台建立静力学分析模块，然后导入油虹的有限元静力学模型，并对其进行网格划分。

材料属性为结构钢，弹性模量为2. 1E11，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3。