提速客车制动盘热应力有限元分析

研究汽车盘式制动器热和力学性能的优化设计制动系统是汽车最重要的系统。

如果制动失败，结果是很可怕的。

制动系统实际上是能量转换装置，将汽车的动能转换为热能。

典型的制动系统包括盘式制动器和鼓式制动器。

汽车上使用的是两个完整的独立的制动系统。

他们是行车制动和驻车制动。

行车制动在减速，停车，或正常行驶时驻车起作用。

他们通过司机踩踏和放松制动踏板来实现。

制动器的主要目的是在无人看管是保持车辆平稳停止。

驻车制动是在拉起手刹或制动脚踏板时由机械操纵的。

盘式制动器因为产生的热和停车时的机械载荷很容易引起噪声和震动问题。

这种噪音，震动和NVH现象不仅不舒服，而且很危险。

此外，由于热摩擦产生的温度变化，导致制动盘和转子之间摩擦转变和垫衬材料机械压力系数变化。

压力变化是一种非线性现象，正如摩擦现象是一般非线性耦合问题。

特别是在汽车盘式制动系统中热抖动噪声振动是非线性耦合问题。

这些现象也共享核心设计等因素，如转子和衬里之间的压力分布，转子的形状和刚度，空气排气口组成，散热的性能和摩擦的变化。

因此，应在考虑和分析抖动和噪声的同时优化盘式制动器的设计。

当出现严重的摩擦加热超过一定的转子和垫之间的滑动速度（临界速度）时，会发生热弹性形变。

一些关键的因素，如临界速度，外部温度，运动时阀板厚度变化可能会导致制动盘的热变形。

此外，频繁制动也能诱导制动器的高热。

这些情况导致较高的热变形和热点，这是热颤动的原因之一。

一个相对高强度，低频率的震动，应该是从盘式制动系统通过枢纽，悬浮驱动，方向盘，刹车踏板和地板。

此外，频繁和高温热点结合，很容易导致物质损失，其中包括制动盘表面裂纹的产生。

该热点现象，也称为摩擦性热弹性不稳定，被Barber首次发现并应用到摩擦系统。

Lee和Barber解决了假设随着时间推移，在温度和应力场的扰动成倍增加的TEI 问题。

他们表明，不稳定的发病总是由一个反对称的对应圆周屈曲变形模式导致热点在制动盘两侧交替。

此外，使用汽车盘式模型，他们发现，由两个半空间模型计算的临街转速高出实验。

提速客车制动盘热应力有限元分析
新一代汽车设计中，制动系统已成为车辆安全性能分析的关键环节。

提速客车作为一种重要的公共交通工具，其设计要求更加严格。

为了确保车辆操纵的质量，它的制动系统的可靠性和可用性，必须从制动盘的热应力有限元分析开始。

有限元分析是一种基于数学模拟的技术，它可以定性和定量地分析复杂物体的热应力状态。

为了分析提速客车制动盘的热应力特性，本文应用有限元分析方法提出了汽车制动盘热应力分析模型，并由实验测试验证了模型的有效性。

首先，本文采用VISGAANSYS件建立了对应于提速客车制动盘的
精确的热应力三维有限元模型。

在此基础上，结合汽车制动盘负载特性，计算模型中各结构单元的热负荷分布情况，讨论其热应力变形的变化特征，揭示汽车制动盘的热固性变形特性。

接着，在采用VISGA基础上，采用实验测试对模型进行了校验。

实验过程中，首先采用施加荷载水平，测量制动盘温度和网格变形，其中网格点温度大于规定值时即可表明提速客车制动盘受热负荷，温度和热变形曲线同时可以清晰表现制动盘温度能量控制的特性。

本文提出的汽车制动盘热应力分析模型，通过有限元分析的方法，对比实验测量的结果，可以准确地表示制动盘的热应力特性，证实模型的可靠性和高效性。

本文发现，随着荷载测试的增加，提速客车制动盘热应力变形很快，热弹性也比较小，因此应加强提速客车制动盘的热管理，以确保汽车的安全操纵。

总而言之，本文研究了提速客车制动盘热应力有限元分析的方法，探讨了制动盘热变形的变化特性，发现热管理的重要性，为保证汽车的安全操纵提供了重要的实验依据。

汽车高速盘制动的摩擦温度场及热应力分析韩宁;赵河明;王维【摘要】The finite element software ABAQUS is used to analyze temperature variation of brake disc with the changing of fic-tion time and fiction speed, and the distribution of Mises stress at highest speed.The following conclusion are researched that brake disc heat dissipation is better at low speed, the temperature growth is linear with time.With the growth of speed, the high temperature ring narrow area occurres in the center of fiction, temperature range of strip near area and high temperature area are increasing.Mises stress in high temperature area is minimum, which means elastic modulus geting smaller with the increasing of temperature, the conclusion provides an theoretical basis for the study of new composite materials.%应用有限元软件ABAQUS分析刹车盘随摩擦时间、摩擦速度的温度变化情况及在转速最大时Mises 应力分布。

基于有限元及试验技术的制动盘模态分析王良模,吴长风(南京理工大学机械工程学院,南京　210094)摘要:针对制动噪声,基于有限元理论和方法,利用有限元分析软件MSC .NASTRAN 对某盘式制动器制动盘进行模态分析,得到其固有频率和振型。

同时,运用模态试验技术的锤击法对该制动盘进行模态试验,得到了试验模态参数,验证了有限元分析结果的准确性。

研究表明,该制动盘前8阶固有频率主要集中在1～10kHz 范围内,对盘式制动器中高频制动噪声具有较大的影响。

关键词:盘式制动器;有限元分析;模态;模态试验中图分类号:U463.51 文献标识码:A 文章编号:1006-0006(2009)01-0022-02M oda l Ana lysis of Brake D isc Ba sed on F i n ite Ele m en tM ethod and TestWAN G L iang 2m o,WU Chang 2feng(School of Mechanics,Nanjing University of Science and Technol ogy,Nanjing 210094,China )Ab s tra c t:Based on the finite ele ment theory and method,the brake disc model had been analyzed and the whoseinherent frequency and vibrant types had been calculated by using finite ele ment s oft w are MSC .NAST RAN.A t the sa me ti m e,ha mmer beating method of modal test had been used t o test the disc .The test modal para meters had been measured and the finite ele ment method had been p r oved accurate .The research shows that the first 8step s inherent frequencies of the disc lie in 1～10kHz,which has influence on the high frequency brake noise of the disc brake .Key wo rd s:D isc brake;Finite ele ment analysis;Model;Modal test 制动噪声的频率范围较宽,通常可以分为1kHz 以内的低频颤振噪声和1kHz 以上的中频和高频噪声。

一、三维模型的建立在建立热-结构耦合分析模型时，做如下假设：(1) 盘、片接触界面为理想平面；(2) 作用在制动片背面的压力均匀分布；(3) 内外两侧的制动片所产生的热负荷相等，即温度场对称于制动盘中心平面；(4) 忽略材料磨损的影响，认为动能全部转化为摩擦热而被摩擦副吸收。

在计算时，把制动盘与摩擦片的热流输入都当作边界热流输入来处理，则摩擦表面输入热流密度满足：rttrptrvtrptrq⋅⋅⋅=⋅⋅=)(),(),(),(),(ωµµ 式(1) 式中μ—制动盘与摩擦片间的摩擦系数；p(r,t)—摩擦表面上的比压，这里视为常数，MPa；v(r,t)—零件的相对移动速度，m/s；ω(t)—制动盘角速度，rad/s；r—径向坐标，m。

(5) 摩擦片作为强度热源；(6) 盘、片接触区域内界面温度相等；(7) 轮胎与地面之间的附着系数以及滑移率在制动过程中没有发生变化，车轮处在纯滚动运动状态。

根据实际情况，摩擦片不动，制动盘作圆周运动，故对摩擦片背面施加x、y轴两个方向的固定约束。

盘的中心平面沿z 方向轴向固定约束。

由于盘的内孔与轴相连接，故在内圆侧面施加z轴方向的固定约束对于为了模拟减速运动而建立的参考点，只释放其周向旋转的自由度，其他方向的自由度均被约束。

而整个模型的载荷，只是在摩擦片的背面施加压力载荷。

在直角坐标系原心处建立参考点，建立参考点与制动盘内圈的刚性接触关系。

首先在参考点施加初始运动角速度场，之后施加减速度载荷，同时约束参考点其他方向的速度自由度，这样便实现了制动盘的减速运动二、输入热流三、摩擦片外表面施加均匀压力载荷，设定初始温度和角速度变化规律公式四、耦合仿真分析1 紧急制动工况下制动盘的温度场分析（1）制动盘表面径向温度分布（2）制动盘表面轴向温度分布（3）制动盘表面周向温度分布2 紧急制动工况下制动盘的等效应力场分析（1）制动盘表面沿径向的节点等效应力分布（2）制动盘表面沿轴向的节点等效应力分布（3）制动盘表面沿周向的节点等效应力分布3 紧急制动工况下制动盘的三向应力场分析（1）制动盘表面的径向应力分布（2）制动盘表面的轴向应力分布（3）制动盘表面的周向应力分布五、重复制动工况下盘式制动器热-结构耦合分析1 重复制动工况的定义2 相关边界条件的确定3 重复制动工况下制动盘的温度场分析（1）首个制动周期制动盘的温度场分布（径向、轴向、周向）（2）重复制动15次制动盘的温度场分析4重复制动工况下制动盘的温度场分析（1）首个制动周期制动盘的等效应力分布（径向、周向、轴向）（2）重复制动15次制动盘的等效应力分布5重复制动15次制动盘的三向应力分量对比分析六、制动盘的寿命研究七、改进结构1温度场分析2应力场分析3寿命研究。

基于有限元分析的机动车制动摩擦片热响应分析机动车制动摩擦片是汽车制动系统中至关重要的部件之一。

它们通过摩擦力将车辆的动能转化为热能，以实现制动效果。

然而，在长时间的制动过程中，摩擦片会产生大量的热量，这可能会导致热膨胀和变形，进而影响制动性能。

因此，对于机动车制动摩擦片的热响应进行分析和评估非常重要。

本文将基于有限元分析方法，对机动车制动摩擦片的热响应进行分析。

首先，我们需要了解有限元分析的基本原理。

有限元分析是一种数值分析方法，通过将复杂的结构或物体划分为许多小的有限元素，然后利用数学方程和力学原理来模拟和分析结构的行为。

在本次分析中，我们将以机动车制动摩擦片为对象，使用有限元网格将其离散化，然后应用热传导方程来计算其温度分布。

其次，我们需要收集机动车制动摩擦片的材料参数和工作条件。

对于有限元分析，材料参数的准确性对于结果的可靠性至关重要。

因此，我们需要获取摩擦片的导热系数、比热容和密度等相关数据。

此外，我们还需要了解制动时的摩擦片工作条件，如摩擦片的接触压力和相对滑动速度等。

接下来，我们可以开始建立有限元模型并进行分析。

首先，我们需要使用CAD软件绘制摩擦片的几何形状，并将其导入有限元分析软件。

然后，我们可以选择适当的有限元类型和网格划分方法来离散化模型。

在进行网格划分时，我们需要根据摩擦片的几何特征和分析精度进行合理的划分。

完成网格划分后，我们还需要将摩擦片的材料参数导入模型。

接下来，我们可以通过设置适当的边界条件和加载条件来模拟制动过程。

边界条件包括摩擦片与制动鼓或制动盘之间的接触热阻和传热系数等，并且可以根据实际情况进行设置。

然后，我们可以通过施加制动力或转动制动盘来加载摩擦片，并模拟摩擦片的热响应过程。

完成这些设置后，我们可以开始进行热响应分析。

根据热传导方程和初始条件，有限元分析软件将自动求解模型的温度分布。

通过观察分析结果，我们可以判断摩擦片的热传导情况和温度分布情况是否合理。

如果摩擦片的温度超过了其材料的极限温度，那么可能会发生热膨胀和变形现象，对制动性能造成影响。

大客车轻量化有限元分析整车优化1. 引言随着人们对环境保护和燃油效率要求的不断提高，大客车轻量化成为了整车设计中的关键课题之一。

通过减轻车辆自重，可以降低能耗、提高燃油经济性，同时还可以改善整车的操控性能和安全性能。

在大客车轻量化设计中，有限元分析成为了一种常用的工具，可以对车辆结构进行优化，提高轻量化效果。

本文将介绍大客车轻量化的有限元分析整车优化方法。

2. 有限元分析基础知识有限元分析是一种基于数值方法的工程分析技术，通过将复杂的实体结构离散化成有限个简单的有限元单元，建立数学模型并进行计算，得到结构的应力、应变、变形等力学特性。

在大客车轻量化设计中，有限元分析可以帮助工程师评估车辆结构的强度、刚度、疲劳寿命等性能，从而进行结构优化。

有限元分析主要包括以下几个步骤：1.几何建模：对车辆进行几何描述，并进行网格划分，将车辆结构离散化成有限个有限元单元。

2.材料属性定义：为不同的部件设置适当的材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。

3.约束和加载条件设置：根据实际工况，设置车辆模型的约束条件和加载条件，包括边界约束、受力情况等。

4.求解有限元方程：通过解有限元方程，得到车辆结构的应力、应变分布情况。

5.结果分析和优化：根据分析结果，评估车辆结构的性能，进行结构优化。

3. 大客车轻量化有限元分析整车优化方法3.1 结构刚度和强度优化大客车的结构刚度和强度是影响整车性能的重要因素之一。

通过有限元分析，可以评估车辆结构在不同工况下的应力、应变，进而确定结构的刚度和强度。

在轻量化设计中，可以通过优化车辆结构的材料分布、截面形状和连接方式等来实现整车重量的减轻。

通过有限元分析，可以评估不同优化方案的效果，并选择最佳方案。

3.2 材料选择和优化在大客车轻量化设计中，材料的选择也是一个重要的优化点。

通过有限元分析，可以评估不同材料的性能，包括强度、刚度、密度等。

在优化过程中，可以对不同材料进行对比分析，选择最佳材料，并通过改变材料的配比来达到轻量化的效果。