盘式制动器热力耦合有限元仿真分析及优化开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.论文研究的目的和意义

本文以寻找通用型盘式制动器尺寸和制动中的温升及应变大小的关系为研究目的,研究过程中利用了有限元仿真的准确度高和实验成本低的优势,对汽车制动盘在常规制动和紧急制动过程中的热力耦合现象进行仿真,然后改变制动盘模型的尺寸,进行系列重复实验,从实验数据中寻找制动盘尺寸和其温升及应变大小的关系。两者的关系为制动盘尺寸性能优化提供了参考依据,并引导研究人员寻找尺寸较小而制动性能较好(温升和应变较小)的制动盘尺寸最优解。该最优解可为真实环境中不同工况下的制动盘优化提供较为可靠的理论支撑,同时还具有降低制动盘优化实验次数,实现节约实验成本的工程技术经济性的意义。

2.盘式制动器的国内外研究现状

制动器作为汽车制动系统的核心部件,在汽车安全和舒适驾驶方面有着举足轻重的作用。汽车制动器可分为鼓式制动器和盘式制动器,随着汽车速度不断提高,货车和大客车的总重不断增加,盘式制动器由于其所具有的安装空间小,热稳定性好的优势,逐渐取代鼓式制动器而得到广泛的应用。因此,对于盘式制动器性能分析和优化成为了工程领域的重要研究方向,盘式制动器的制动过程是一个复杂的涉及应力场,温度场变化的热力耦合问题。

国内外从二十世纪60年代开始进行关于制动盘热力耦合的研究,并且获得了丰富的研究成果,为盘式制动器制动中应变,温升的控制以及盘式制动器结构及尺寸优化提供了严谨的理论指导,具有重要的现实意义。

2.1盘式制动器制动中应变的研究现状

Myeong-Jae Han--[1]建立有限元模型,并将仿真结果和真实环境下的实验结果对比,证明了汽车制动时制动盘周围存在应力集中现象;Anousit[2]通过密封槽和橡胶密封铅的尺寸特性分析,建立密封橡胶圈超弹性模型,分析了矩形橡胶密封圈分别在预压紧状态,制动状态和制动释放状态下,密封橡胶圈的应力和应变的特性;王沅[3]研究了制动压力和制动盘应变的变化特征,实验得出制动盘应力特征曲线随着制动压力增大而急速上升的趋势,并绘制了制动压力和应力,应变的关系曲线;黄健[4]用Abaqus对模拟结果分析得到制动器制动过程中温度及应变得分布规律,并改变有限元模型的边界条件进行对比分析,得出制动盘温度的升高是热应力变高的最主要因素,并且温升对热应力的分布有着重要影响; 李小彭[5]运用有限元软件,对汽车制动过程进行模拟,研究了制动过程中应力场的分布状况,发现系统的应力场分布不均匀,二者沿径向和轴向都有较大的梯度,而周向的梯度相对较小,同时由于热应力和机械应力的作用,制动盘发生热变形,热变形使得接触状态改变,导致压力分布的变化,压力分布变化反过来影响摩擦热流的输入。

2.2盘式制动器制动中温升的研究现状

路东[6]分析了正常制动下和紧急制动下的制动盘的温度场分布情况,发现正常制动时制动盘最大温升160度,紧急制动时制动盘最大温升622度;王沅[3]研究了制动压力和制动盘温升的变化特征,实验得出制动盘温升特征曲线随着制动压力增大而呈急速上升的趋势,并绘制了制动压力和温升的关系曲线;张立军[7]开展了非对称热载荷作用下的圆盘实验,来探究摩擦热点的产生机理,并通过空间阶次分析确定了盘面屈曲发生的时间,研究发现在热载荷作用下,旋转圆盘的周向温度分布均匀,热源中心与圆盘边缘产生径向温度梯度,圆盘转速和热源功率会对盘面温度分布特性没有影响,径向温度梯度导致圆盘发生屈曲,端面跳动突然增大,并在周向上产生五阶波纹状变形;谷婷婷[8]以制动盘结构参数作为设计变量,目标性能参数为响应,以制动盘冷却系数最大、质量最小为优化目标,其他性能参数为约束条件,对制动盘结果进行了多目标/稳健性优化设计,并采用有限元仿真和试验相结合的方法对优化结果的可靠性进行验证;潘公宇[9]提出直接耦合法求解时间较长,计算不容易收敛,顺序耦合法无法实现随制动盘摩擦热源的转动,研究中采用仿真时调用abaqus用户子程序实现制动过程中的热源转动的方法,并将使用该方法得到的仿真结果与采用直接耦合昂发、基于固定热源的顺序耦合法,并和台架试验的结果对比,发现采用该方法具有较好的工程应用价值;李宝良[10]应用有限元分析方法对优化前后的制动盘和闸片实体模型的温度场进行分析,得出优化前后闸片的温度场分布;简弃非[11]用直接耦合法对该通风盘式制动器在紧急制动工况下的瞬态温度场进行仿真分析,获得整个通风式制动器和摩擦片在紧急制动过程中温度场的分布情况及变化特征,得到在整个紧急制动过程中,制动盘温度场的分布不呈周向分布的,其在径向、周向及轴向3个方向上均存在着一定的温度梯度。

您需要先支付 5元 才能查看全部内容!立即支付

该课题毕业论文、开题报告、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找,微信号:bysjorg 、QQ号:3236353895;