盘式制动器热应力场仿真分析

概况利用Workbench仿真平台对某汽车用刹车盘进行热结构耦合计算。

分别计算刹车盘在紧急制动，b=6.2 m/s²的紧急制动下刹车盘的温度分布，和连续两次紧急制动下刹车盘的温度分布，并进行热结构耦合，分析刹车盘的热应力分布情况。

模型介绍刹车盘几何模型如图1所示，由制动盘和铸铁底盘组成。

有限元网格模型见图2图1 刹车盘几何模型图2 有限元网格模型网格总数为109386，节点总数为87240。

材料属性分别如下，密度为7850Kg/m^3表1 制动盘材料属性温度（℃）25 200 400 600 800 弹性模量（GPa）200 181 164 140 107 泊松比0.28 0.28 0.28 0.28 0.28温度（℃）20 300 400 500 600 比热容（J/g·℃）0.419 0.581 0.622 0.663 0.718 比热容（J/Kg·℃）419 581 622 663 718导热系数（W/m·℃）48.58 46.06 41.87 37.68 34.21 31.89温度（℃）0 200 400 600 800 热膨胀系数（10-6/℃）11 11.4 14 14.7 15载荷边界条件在瞬态热分析中边界条件见图3、4，图3 对流换热系数加载示意对流换热系数按照如下所示方法进行计算：热流密度的加载示意如图4，刹车盘两面均加载热流密度。

图4、热流密度加载示意热流密度按照如下所示方法进行计算：计算结果工况一，一次紧急制动计算结果。

制动速度为120Km/h，制动加速度为6.2 m/s²，制动时间为5.38s，载荷示意图见图5。

计算参数如上。

图5 对流换热系数曲线图(W/M^2*°c)图6 热流密度曲线图（W/m^2）图7 刹车过程中的最高温度变化曲线图8 最大时刻的温度分布云图由上述计算结果可知，最终刹车盘上的最高温度为126.56°，刹车过程中刹车盘的最高温度在2.9s时达到了152.25°。

第24卷2005年第10期10月机械科学与技术MECHAN I C AL S C I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .24Oct ober No .102005收稿日期:20040724作者简介:杨　莺(1976-),女(汉),四川,博士研究生E 2mail:yangying_csu@126.com杨　莺文章编号:100328728(2005)1021257204机车制动盘三维瞬态温度场与应力场仿真杨　莺,王　刚(中南大学,长沙　410083)摘　要:基于三维循环对称有限元模型,提出了机车制动盘制动过程中温度场和应力场的计算方法。

讨论了边界条件和各种相关参数的确定方法,尤其是机车整个制动过程中制动盘换热系数的计算方法。

同时运用有限元软件ANSYS7进行了制动盘及相关部件三维瞬态温度场和应力场的仿真与分析。

仿真结果表明:在制动开始阶段,制动盘迅速升温,高温区集中在制动盘摩擦面表层,最高温度达220℃;制动过程结束后,整个制动盘有一段较长时间的降温过程;制动盘系统各部分的最大热应力2时间曲线变化规律不一致,但均满足材料强度要求。

仿真结果与实验数据相符,证明了该三维有限元模型及其温度场计算方法的正确性。

关　键　词:制动盘;温度场;应力场;有限元;仿真中图分类号:U260.351 文献标识码:A32D Tran si en t Te m pera ture F i eld and Stress F i eld S i m ul a ti on of Brake D iscsY ANG Ying,WANG Gang(Central South University,Changsha 410083)Abstract:The calculati on method of transient te mperature field and stress field of a ne w type brake disc is put for ward on the basis of 32di m enti onal cycle 2sy mmetric finite ele ment model .The boundary condi 2ti ons and correlative para meters of brake discs are discussed,es pecially the coefficients of heat transfer during a whole brake p r ocess .The si m ulati on and analysis of 32D transient te mperature field and stress field of brake discs and their access ories are given by app lying finite ele ment s oft w are ANSYS7.Si m ula 2ti on results show the foll owing:A t the beginning of the brake p r ocess,the te mperature of brake discs rise rap idly;the high te mperature secti on concentrates in surface fricti on layers of brake discs,and the t op te mperature is 220℃;there is a l ong te mperature reducti on p r ocess after the brake p r ocess;the trends of the change bet w een maxi m un heat stress and ti m e curve are different in different parts of brake discs,which,however,satisfy the strength require ment of the material .The si m ulati on results are consistent with the experi m ent data,which verifies the validity of the 32di m enti onal finite ele ment model and its cal 2culati on method of te mperature field .Key words:B rake disc;Te mperature field;Stress field;Finite ele ment;Si m ulati on 在列车制动过程中,制动盘与闸片摩擦产生的热量巨大,而热应力是导致机车制动盘失效的主要原因之一。

资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载盘式制动器仿真分析地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容《制动器的动力学仿真》专业：机械设计制造学号：姓名：2015年1月12日目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc409026736" 第一章、概述 PAGEREF _Toc409026736 \h 1HYPERLINK \l "_Toc409026737" 1.1 制动器的分类 PAGEREF_Toc409026737 \h 1HYPERLINK \l "_Toc409026738" 1.2 国内外针对盘式制动器的研究 PAGEREF _Toc409026738 \h 2HYPERLINK \l "_Toc409026739" 1.2.1 国外研究现状 PAGEREF _Toc409026739 \h 2HYPERLINK \l "_Toc409026740" 1.2.2 国内研究现状 PAGEREF _Toc409026740 \h 2HYPERLINK \l "_Toc409026741" 第二章基于ADAMS 建模的理论基础 PAGEREF _Toc409026741 \h 3HYPERLINK \l "_Toc409026742" 2.1 系统动力学 PAGEREF_Toc409026742 \h 3HYPERLINK \l "_Toc409026743" 第三章动力学仿真 PAGEREF_Toc409026743 \h 3HYPERLINK \l "_Toc409026744" 3.1 刚柔体混合动力学模型PAGEREF _Toc409026744 \h 3HYPERLINK \l "_Toc409026745" 3.2 改变弹簧弹性系数的仿真分析 PAGEREF _Toc409026745 \h 6HYPERLINK \l "_Toc409026746" 3.3 结果分析 PAGEREF_Toc409026746 \h 9第一章、概述1.1 制动器的分类制动器即为刹车，通常称之为刹车、闸，它能使机械系统中的执行构件运动运动或减速慢行。

驱动轮盘式制动器的热仿真分析驱动轮盘式制动器是车辆制动系统中不可或缺的部分，它承担着制动任务，将动能转化为热能，并将车辆停下来。

在制动过程中，摩擦磨损、摩擦热和热膨胀是制动器系统中的重要问题。

为了更好地了解驱动轮盘式制动器的工作原理和性能，进行热仿真分析是非常必要的。

首先，热仿真分析需要建立合适的模型。

模型的建立是保证分析结果准确性的基础。

在驱动轮盘式制动器的热仿真中，需要考虑制动盘、刹车衬片、制动鼓和制动器外壳等各个部件的热传导、热辐射和热对流。

同时，还需要考虑制动盘和刹车衬片的磨损与摩擦等相关因素。

其次，在模型建立完成后，需要选择合适的仿真软件进行热仿真分析。

目前市场上有许多专业的仿真软件可供选择，例如ANSYS、ABAQUS等。

根据实际需求和预算情况来选择合适的软件。

软件的选择与制动器模型之间的匹配是保证热仿真分析精度的关键。

热仿真分析的一个重要指标是温度分布。

通过热仿真分析，可以直观地观察到各个部件的温度分布情况，找出温度高的热点位置。

通过对热点位置的分析，可以进一步优化制动器的设计，提高制动器的散热性能。

同时，通过热仿真分析还可以预测制动盘和刹车衬片等部件的寿命，为制动器的维护和更换提供依据。

除了温度分布，热仿真分析还可以得出其他相关参数，例如热应力和热膨胀等。

这些参数对制动器的设计和优化也起到了重要作用。

通过分析这些参数，可以评估制动器在持续制动过程中的工作稳定性和可靠性，并根据仿真结果进行结构改进和优化。

另外，热仿真分析还可以用于比较不同制动材料的性能。

制动系统中的刹车衬片材料种类繁多，每种材料的热传导性能和摩擦特性都不同。

通过热仿真分析，可以评估不同材料的制动性能，并选择最合适的刹车衬片材料。

综上所述，驱动轮盘式制动器的热仿真分析在提高制动器性能和性价比方面具有重要意义。

通过建立合适的模型、选择合适的仿真软件，进行温度分布、热应力、热膨胀等仿真分析，可以提前发现潜在问题并进行设计优化。

热力耦合仿真实例热力耦合仿真是一种涉及温度场和应力场等多物理场相互作用的复杂仿真过程。

下面是一个简化的热力耦合仿真实例，以帮助您理解这一过程：实例：刹车盘的热应力分析1. 问题描述：在机动车刹车过程中，刹车片和刹车盘之间的摩擦会产生大量的热。

这种热量不仅会影响刹车片的材料性能，还会对刹车盘产生热应力，进而影响刹车性能。

本实例旨在分析刹车盘在刹车过程中的热应力分布。

2. 仿真模型：刹车盘材料：钢外径：135mm内径：90mm厚度：6mm刹车片材料：树脂加强的复合材料厚度：10mm内径：101.5mm外径：133mm为简化分析，我们选择刹车盘的一面（厚度3mm）进行分析，并命名为“down-disk”。

3. 仿真步骤：a. 建立几何模型：使用仿真软件（如Ansys、Abaqus等）创建刹车盘和刹车片的几何模型。

b. 定义材料属性：为刹车盘和刹车片定义相应的材料属性，如热导率、比热容、弹性模量、泊松比等。

c. 设置边界条件：定义刹车盘和刹车片的初始温度、刹车过程中的摩擦系数、刹车压力等。

d. 网格划分：对模型进行合适的网格划分，以确保仿真的准确性。

e. 进行热力耦合仿真：首先进行热分析，计算刹车过程中的温度分布；然后将温度分布作为载荷，进行结构分析，计算热应力分布。

4. 结果分析：通过热力耦合仿真，我们可以得到刹车盘在刹车过程中的温度分布和热应力分布。

分析结果可以帮助我们了解刹车盘的热性能，以及热应力对刹车性能的影响。

根据分析结果，我们可以对刹车盘的设计进行优化，以提高刹车性能和安全性。

这只是一个简化的实例，实际的热力耦合仿真可能会涉及更复杂的模型和更多的物理场相互作用。

但通过这个实例，您可以对热力耦合仿真的基本流程有一个初步的了解。

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。