制动盘的热分析

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。

制动盘的热分析摘要制动是一个把车辆的动能转变成机械能并必将以热的形式耗散的过程。

制动时，在制动盘和衬垫间产生的摩擦热可导致过高的温度。

更重要的是在接触过程中切向压力和相对滑动速度是很重要的。

本次主要通过ANSYS分析了制动盘的全热行为。

盘式制动器的温度分布的建模是用来确认在制动操作时所涉及到的所有的因数和输入参数，例如制动类型，制动盘的几何设计和常用的材料。

通过仿真所得到的结果是比较满意的。

关键词：干接触，制动盘，热流，传热系数1．简介在制动系统的研究中，热分析还处在一种原始阶段。

在制动阶段，温度和热梯度很高，这会产生压力和变形，这种影响会在外观和裂缝的加重上显示出来[1,2]。

然后很重要的是在盘式制动器中精确地确定温度场。

停车制动时，温度没有时间来被稳定在制动盘。

一个瞬态分析是必要的。

这对鉴定热梯度也是必不可少的，这就是需要三维建模的问题了。

热负荷表现在热通量进入制动盘通过刹车衬垫。

在制动盘和衬垫的接触面产生的大量的热量毫无疑问的引起了在域内对转子的不均匀的温度分布，然而衬垫的的环境在相互的滑动中被不断的加热[3].这种在盘式制动器的接触表面确定温度分布的瞬态热分析方法被执行了。

这种制动盘和固定衬垫相互滑动所产生的摩擦热效应分布不均匀的问题使用有限元力学模型试验有几种可能发生在汽车的应用传热系数上。

对在制动盘循环制动时的温度分布能够有一个比较，在制动过程中每一种情况分析下的能量转化在最后释放时的周期是相等的。

程序的改变是用来发展移动热源，就像热流对流冷却的分界线。

在转子旋转时准确模拟它的加热的困难通过使用代码而被忽略，这可以保证使成型的曲线负责让热通量在随后的某个时刻进入制动盘[4]。

在本次研究中，我们将会在三维空间呈现出一个数值模拟来分析全热行为和通风的盘式刹车。

基于有限元计算方法的热量的计算将利用软件ANSYS 11。

2.热量进入制动盘ei n ga re go od 图1.钳盘式衬垫的装配和力的应用符号名称T 温度，K车辆减速度，m/s 2{T}节点温度，K 矩阵∙加权函数dnaemT （[C]+[K] -=0 (12){}*T {}T ∙{}T {}F 这里[C] [N]T [N]d V（13）p C vρ⎰[K]= [λ] [B]d V +[N]T [N]d S(14)[]TB v⎰S h ϕ⎰=qd V +(S φ+hT f + εσ (-T 4))d S(15){}F []TN v⎰[]TS N ϕ⎰4T ∞[C]：热容量矩阵（J/K ），[K]：导热系数矩阵（W/K ），：节点热量矢{}F 量(W)，：节点温度矢量（K ）。

利用Abaqus用户子程序实现制动盘热分析中的热源移动在进行制动器热分析时，若要分析整个制动过程或多次制动后的结果，直接采用接触摩擦生热的方式受到制动时间以及大位移接触的影响，计算较困难，若采用结构静态传热又无法实现随制动盘的转动热源的移动。

Abaqus中可通过对结构设置质量流率（MASS FLOW），采用热传导分析实现热源移动。

需要注意的是，MASS FLOW不支持CAE，需要通过关键字设置。

下面以汽车制动盘热分析说明整个过程及MASS FLOW的使用方法。

首先仅建立制动盘的模型即可，不需要制动片模型。

如下图所示：分别设置制动盘的材料属性，设置热传导分析步（Heat transfer）。

边界为初始温度场，对流换热、热辐射等。

载荷为表面热流密度，施加在初始制动片与制动盘接触的面积内。

其中需要考虑热流密度随制动盘速度的变化，对流换热系数随速度的变化，以及对流换热系数沿制动盘径向的变化等。

如下图所示为热流密度施加的区域。

接着设置质量流率（MASS FLOW），首先需要指定质量流率施加的区域，此模型中选择制动盘的所有节点，将其设置为一个set，给定相应的name（后续将用到此set）。

确认材料、分析步、边界、载荷等设置正确后可输出inp 文件添加质量流率关键字或直接在CAE中添加关键字。

在step后添加关键字，如下图所示。

添加完成后保存inp文件。

接着是最关键的部分，质量流率需要使用用户子程序实现，子程序中需要给出由制动盘速度变化引起的质量流率的变化，以及沿制动盘径向的质量流率的变化，同时若为多次制动，需要区分制动、停止的过程，仅在制动过程施加质量流率。

具体的用户子程序如下所示:用户子程序求解时调用此子程序计算即可。

整个分析过程可看到热源在制动盘上移动，计算后的温度场结果如下图所示。

基于动力学模拟的紧凑型轿车盘式制动器热耗散分析制动器是车辆安全性能的重要组成部分，有效的热耗散分析对于保障制动器的工作稳定性和安全性至关重要。

本文将基于动力学模拟的方法，对紧凑型轿车盘式制动器的热耗散进行分析，以深入了解和优化制动系统的热耗散性能。

首先，我们需要清楚盘式制动器的工作原理。

盘式制动器由刹车片、刹车盘、刹车片卡钳、制动液管路等组成。

当驾驶员踩下制动踏板时，刹车片卡钳将刹车片压向刹车盘，通过摩擦产生制动力矩，使车辆减速或停止。

在制动过程中，由于摩擦的产生，会产生大量的热量。

为了分析盘式制动器的热耗散情况，我们可以采用动力学模拟的方法。

动力学模拟是利用计算机模拟系统的运动规律和相互作用力，以获取系统动力学特性的方法。

在热耗散分析中，我们可以通过模拟制动过程中刹车片和刹车盘之间的接触情况，计算产生的摩擦力和热量。

具体步骤如下：1. 建立盘式制动器的模型：首先，我们需要建立盘式制动器的三维模型。

可以利用计算机辅助设计软件进行建模，精确地还原制动器的形状和结构。

模型的建立需要考虑到实际制动器的尺寸和材料特性，以保证分析结果的准确性。

2. 定义系统的初始状态和参数：在动力学模拟中，需要定义系统的初始状态和参数。

初始状态包括初始速度、刹车片的初始位置等；参数包括刹车片和刹车盘的摩擦系数、制动力矩等。

这些参数的选择需要根据实际测试或者参考相关文献的数据。

3. 设定边界条件和刹车过程：在模拟中，需要设定制动的过程和边界条件。

边界条件包括刹车踏板力和刹车时间等；刹车过程则可以通过设置脚本或者仿真软件来实现。

通过模拟软件进行求解，可以得到刹车过程中刹车片和刹车盘之间的接触力、温度分布等参数。

4. 计算热耗散情况：通过模拟软件求解，可以得到刹车过程中的摩擦力和热量。

进一步分析这些参数的变化规律，可以了解到制动器的热耗散情况，包括刹车片和刹车盘的温度变化、热量的分布等。

通过对这些数据的分析，可以评估制动器的热效率和工作稳定性，并进行优化设计。

汽车制动系统的热力学分析当我们驾驶汽车在路上疾驰时，制动系统是保障我们安全的关键。

而在这一关键系统背后，热力学原理起着至关重要的作用。

今天，就让我们深入探究一下汽车制动系统中的热力学奥秘。

汽车制动的过程，本质上是将汽车的动能转化为其他形式能量的过程。

而在这个转化过程中，会产生大量的热量。

制动系统需要有效地处理这些热量，以确保制动性能的稳定和可靠。

我们先来了解一下汽车制动系统的基本组成部分。

常见的汽车制动系统主要包括制动踏板、制动主缸、制动管路、制动轮缸以及制动盘和制动片等。

当我们踩下制动踏板时，通过一系列的机械和液压传动，使制动片紧紧地压在制动盘上，产生摩擦力，从而实现制动效果。

在这个制动过程中，热力学的第一定律就开始发挥作用。

根据热力学第一定律，能量是守恒的，汽车的动能通过摩擦转化为热能。

而这部分热能主要集中在制动盘和制动片上。

如果不能及时散去这些热量，制动盘和制动片的温度将会急剧上升。

制动盘和制动片的温度升高会带来一系列问题。

首先，高温会导致制动材料的性能下降，摩擦力减小，从而影响制动效果。

其次，过高的温度还可能引起制动盘和制动片的变形，甚至损坏，严重影响制动系统的使用寿命。

为了有效地散去制动过程中产生的热量，汽车制动系统采用了多种散热方式。

通风式制动盘就是一种常见的设计。

它通过在制动盘内部设置通风通道，增加空气流动，提高散热效率。

此外，一些高性能汽车还会采用打孔制动盘，进一步增强散热效果。

除了制动盘的设计，制动液也在热力学过程中扮演着重要角色。

制动液需要具备良好的热稳定性，能够在高温下正常工作，不发生气化等现象。

否则，气化的制动液会形成气泡，降低制动系统的压力传递效率，导致制动踏板行程变长，制动效果减弱，这就是所谓的“制动失效”。

在实际驾驶中，频繁的制动会使制动系统承受更大的热力学挑战。

比如在长下坡路段，如果持续踩刹车，制动系统产生的热量会不断累积，很容易导致制动性能下降甚至失效。

因此，在这种情况下，驾驶员通常会采用低挡位利用发动机制动来分担一部分制动任务，减少制动系统的热量产生。

提速客车制动盘热应力有限元分析最近，随着改革开放及我国经济的快速发展，公共交通已成为城市发展的重要组成部分。

特别是客车，作为城市公共交通的主要载体和服务，更是大众出行的首选项。

由于客车高速行驶和拐弯时的大量制动，车辆制动系统受到极大的应力，对于车辆的安全性有着重要的影响。

因此，对客车制动盘的热应力分析就显得十分必要。

首先，客车制动盘是客车制动系统的最重要部分。

它将制动能量转化成热力，承受制动能量，使客车制动更加稳定可靠。

因此，客车制动盘的热应力分析非常重要。

其次，客车制动盘的热应力有限元分析法可以实现对客车制动盘的可靠分析。

有限元分析法是基于拉格朗日方程求解的一种系统的数学方法，可以以叙述的方式解决连续体的复杂结构的应力和变形分析，而且具有模型范围广、外形复杂的结构，节省时间和计算资源的特点。

最后，为了对客车制动盘的热应力进行分析，必须先搭建数学模型，定义物理量，并将这些量用有限元分析进行计算，得到相应的受力特性值。

需要注意的是，由于客车制动盘受到复杂的温度应力作用，因此需要用考虑热传导的热应力分析方法，以精确地模拟出客车制动盘实际受力状态。

综上所述，客车制动盘的热应力有限元分析是为了保障客车制动安全，确保客车制动盘的正常使用所进行的分析和计算的一种方法，其结果能够为客车制动盘的设计提供准确的实验依据。

最后，客车制动盘的热应力有限元分析可以模拟出客车制动盘实际受力状态，从而确定出最佳的设计方案。

客车市场保障车辆安全，正是依靠客车制动盘热应力有限元分析所取得的结果。

只有通过有效的分析方法，才能保证客车安全行驶，满足社会的运输需求。

总而言之，客车制动盘的热应力有限元分析是保障客车安全的重要手段之一，它可以实现对客车制动盘的可靠分析，为客车安全行驶提供有效的分析方案，从而满足城市大众出行的需求。

制动盘和卡钳摩擦生热的原因制动盘和卡钳摩擦生热的原因可能有以下几点：
1. 缺乏保养：刹车回位不良，应按时去给车子做保养，修复存在的给种问题。

2. 刹车分泵回位弹簧强度不够：导致刹车片不能回位，检查刹车分泵回位的弹簧强度，及时更换。

3. 刹车气路漏气：自动刹车时，检查刹车气路的接口和管子是否破裂漏气，及时更换。

4. 刹车调试不到位：导致刹车过热，装刹车装置事进行调试，一边不断踩刹车一边松油嘴螺丝排空，同时还需要不断加。

直到能正常运行。

5. 刹车制动鼓失圆：制动鼓发生得了形变，导致刹车片与刹车盘一直摩擦制热，需要矫正或者更换新的制动鼓。

6. 长时间刹车：导致刹车卡钳与刹车盘持续摩擦制热。

开车时，不要长时间踩刹车，应适度控制车速。

7. 汽车行驶过程中未松手刹：导致刹车片与刹车盘一直摩擦制热。

行车是应坚持是否将手刹是否松掉。

以上内容仅供参考，如需了解更具体的原因，建议咨询专业人士或查阅汽车维修手册。

6.2.1定义材料表6-1 制动器模型材料的特性参数1）首先打开ANSYS界面选择相应的模块，图5.1 ANSYS界面2）双击Engineering Data界面，进入材料定义模块，然后根据表5.1所示参数对材料定义。

图5.2 ANSYS材料定义界面6.1.3模型处理将CATIA建立的制动盘模型转成stp格式，再将其导进ANSYS内，创建截面特性和分配截面特性，开展模型的前期处理，处理结果如图5.3所示。

图5.3 模型处理界面6.1.4制动盘的模态分析1）打开ANSYS界面，选择Modal 模块，根据上文对制动盘进行前处理。

图5.4 模态分析界面2）网格划分网格划分结果如下图5.5所示。

图5.5 制动盘网格划分结果3）边界条件设置选择Analysis Settings把Max Modes to Find 数值修改为6 ，选择制动盘的五个螺栓孔，用Fixed Support进行固定约束。

再在Solution添加六个Total Deformation，并把每个Total Deformation调成相应模态阶数的位移。

具体操作如下图所示。

图5.6 约束条件设置图5.7 求解设置4）后处理点击运算按钮，得到的前六阶模态如下图5.8-5.13所示。

图5.8 一阶模态图5.9 二阶模态图5.10 三阶模态图5.11 四阶模态图5.12 五阶模态图5.13 六阶模态图5.8-5.13是制动盘的1-6阶模态振型图。

相关结果可得：第一阶的固有频率为1356.7Hz，振型表现出对称型排列，于其边缘处产生了2处较大应变。

第二阶的固有频率为1380.8Hz，振型结果与第一阶相近。

第三阶的固有频率为1524.9Hz，振型为伞形振型，应变均匀分布在制动盘的边缘。

第四阶的固有频率为1599.1Hz，振型为垂直弯曲振型，在制动盘周边相距60度的地方有6处较大的应变。

第五阶的固有频率为1603.4Hz，该阶振型与第四阶相近。

第六阶的固有频率为2224.2Hz，振型为扭转振型。

提速客车制动盘热应力有限元分析提速客车是一种日益受欢迎的交通工具，其制动系统的性能和可靠性至关重要。

然而，在高速行驶的过程中，各种情况可能使客车发生紧急制动现象，频繁制动会在制动盘表面产生大量热量，从而大大降低制动盘的使用寿命和可靠性。

因此，对提速客车制动盘的热应力分析具有重要意义。

有限元法是目前在工程中研究的常用方法，它是一种不同的微分方程求解方法。

有限元法的优点是能够有效地模拟复杂的工程物理场，如温度场、应力场、流体动力学场等。

在有限元法的求解过程中，利用节点矩阵把工程中的场变量（如温度）分布状态建立起来，以此来得到元素矩阵，从而得到求解方程组。

本文研究了提速客车制动盘在紧急制动情况下的热应力分析。

主要采用ANSYS软件对提速客车制动盘进行有限元分析，建立有限元模型，计算提速客车制动盘上表面的温度分布，以此来判断出客车制动盘的热应力变化情况。

首先，根据实际情况选取提速客车的制动盘和制动片的尺寸，并统一提速客车的总质量，然后创建三维有限元模型，模拟其受到的力，并根据输入的表面温度值和外界温度值，进行建模。

接着，在计算过程中，设置提速客车制动盘紧急制动的情况，根据表面温度和外界温度的大小差，求取提速客车制动盘的热应力，最终得到提速客车制动盘的温度分布和热应力分布情况。

最后，本文对提速客车制动盘的温度分布和热应力分布的结果进行了解分析，根据结果，发现紧急制动情况下提速客车制动盘的温度和热应力均有较大波动，但相对较低，表明提速客车制动系统在有效抑制紧急制动产生的热量方面具有较强的抗热性能。

通过有限元分析，可以准确地模拟提速客车制动盘在紧急制动时所受到的温度和热应力场，为设计提速客车制动系统提供实验数据，更有效地保障提速客车的安全性。

总之，有限元分析可以更好地模拟提速客车制动系统在紧急制动时所受到的热应力场，可以更有效地保障提速客车在高速运行时的安全性。