汽车刹车盘热力学模拟分析
整体制动盘热应力有限元仿真分析
4 1 轴 2 盘的热应力分析
前面我们对 1 个车轴 3 个盘的不同材料性质不 同结构类型的制动盘的热应力进行了分析 , 本节将 分析 1 个车轴 2 个制动盘的热应力 。制动初速度为 220 km ·h - 1 紧急制动情况下 , 合金铸铁三筋板制 动盘盘面上点 1 —点 3 的温度场和 Mises 应力场随 时间变化的关系如图 5 所示 。
供理论依据 。
1 实验验证
为了验证模型和参数 , 首先将计算结果和实验
结果进行比较 。受实验条件的限制 , 实验中只提供
温度场数据 , 未能提供热应力场数据 。不同结构 、
不同材料的制动盘盘面最高温度的计算结果和实验
结果比 较 见 表 1 。此 外 , 在 制 动 初 速 度 为 220
km ·h - 1 紧急制动情况下 , 球墨铸铁和蠕墨铸铁散
图 5 点 1 —点 3 的温度和热应力曲线 (1 个车轴 2 个合金 铸铁三筋板制动盘 , 制动初速度 220 km ·h - 1 紧急制 动)
与图 3 (a) 和图 4 (a) 相比可知 , 当 1 个车 轴 2 个制动盘时 , 制动过程中盘面的最高温度达到 308 ℃, 远远大于 1 个车轴 3 个制动盘的 220 ℃;
收稿日期 : 2006204212 ; 修订日期 : 2006211208 基金项目 : 铁道科学研究院机车车辆所项目 (0350JL0607) 作者简介 : 刘金朝 (1971 —) , 男 , 湖南常宁人 , 博士后 , 副研究员 。
第 2 期 整体制动盘热应力有限元仿真分析
整体制动盘热应力有限元仿真分析
刘金朝1 , 卜华娜2 , 刘敬辉1 , 钱立新1 , 王成国1
(1. 铁道科学研究院 铁道科学技术研究发展中心 , 北京 100081 ; 2. 铁道科学研究院 机车车辆研究所 , 北京 100081)
车辆制动盘TMC分析示例
读入的螺栓几何体
螺栓的建模
FOCUSED ON EXCELLENCE
计算模型
ADINA
几何体分解 初始几何体
定义bolt显示组
全六面体网格
螺栓的建模
几何与网格同 时复制
FOCUSED ON EXCELLENCE
计算模型
ADINA
◇ 由于螺栓上体比较多，直接定 义约束比较复杂，故通过定义0位 移施加约束；
ADINA
◇ 所有零件通过装配面传递接触力、热；所有零件接触传热表面 定义热阻； ◇ 采用TMC耦合计算方法； ◇ 前10步结果每步保存，之后每20个计算步保存1次计算结果； 基本计算条件
FOCUSED ON EXCELLENCE
计算模型
1. 读入几何模型； 2. 螺栓body分解；
ADINA
3. 螺栓划分单元；
◇ 注意：此point 176必须划分节 点，所定义的质量单元、初始速度、 约束方程才能有效。
附加质量点施加初始转速
FOCUSED ON EXCELLENCE
计算模型
◇ 使用隐式动力学计算； ◇ 选择bathe二阶精度积分方 法。
ADINA
结构方程时间积分算法
FOCUSED ON EXCELLENCE
FOCUSED ON EXCELLENCE
刹车盘-热耦合仿真分析
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°。
刹车盘热机耦合分析
热机耦合实例
邓泽涵
耦合：
分析过程中同时考虑各个物理场的作用效果以及相互之间的影响。
问题描述：
机动车刹车盘在刹车过程中由于摩擦产生大量的热，生成的热对刹车片材料性能和刹车性能产生了影响，本例分析刹车过程导致的摩擦生热和热传导。
建立模型：
刹车片与刹车盘
材料：
1.刹车盘为steel，有固定的弹性模量，泊松比，热膨胀系数，热传导系数，比热。
2.刹车片有固定的泊松比，热传导系数，比热以及随温度变化的弹性模量和热膨胀系数。
分析步：
1.General：Dynamic，temp-disp，Explicit（显示热应力耦合分析步）
作用：对刹车片施加压力，使刹车片和刹车盘建立接触关系
2.General：Dynamic，temp-disp，Explicit（显示热应力耦合分析步）
作用：使刹车盘旋转60度。
Interaction property：
刹车片与刹车盘接触，其中摩擦系数随温度变化，热传导系数与压力相关。
另外在分析步1中还在刹车盘上表面定义了膜系数（film coeffient）（？）
最后将刹车片内圈定义成刚体。
Load：
1. 在分析步1中对刹车盘施加随时间线性变化（amplitude）的载荷。
2．约束刹车盘下表面U3自由度，刹车片U1，U2自由度，参考点所有自由度（？），在分析步2中修改参考点UR3自由度。
3. 预定义场中将整个模型初始温度定义为20。
Mesh：
Result：
（和标准结果有出入）
应力结果：
节点温度：
接触压力分布：。
车用刹车盘的多尺度仿真及耐疲劳性能研究
车用刹车盘的多尺度仿真及耐疲劳性能研究刹车盘作为汽车的重要组成部分之一，安全性能的好坏至关重要。
为了确保汽车的行驶安全，刹车盘的性能指标非常严格。
在车辆制造厂商日益注重汽车刹车性能的情况下，如何通过科技手段来提高刹车盘的耐疲劳性能，成为制造工程师们最关心的问题。
随着科技的发展，运用先进的技术手段进行多尺度仿真已经成为刹车盘研发的主流趋势之一。
多尺度仿真可以对刹车盘结构进行分析，使得刹车盘的结构在设计、改进和耐疲劳性能上得到优化。
1. 多尺度仿真技术在刹车盘研究中的应用多尺度仿真技术基于计算机模型，可对刹车盘的结构进行准确的模拟，以便研究刹车盘的性能指标。
目前，基于有限元分析的多尺度仿真技术已成为刹车盘研究的一种主流技术。
在此过程中，对刹车盘的材料进行细节建模和尺度转换，可以分析刹车盘在不同尺度下的变形和刚度、危险因素等性能指标。
然而，由于不同尺度之间的相互作用，刹车盘的性能指标常常存在反复变化，因此多尺度仿真技术不仅在技术细节上具有挑战性，也需要大量的计算资源。
2. 刹车盘的耐疲劳性能与多尺度仿真的关联刹车盘在制动时会受到非常大的力和热损失，这使得其很容易发生疲劳断裂，因此刹车盘的耐疲劳性能是刹车盘重要性能指标之一。
在多尺度仿真过程中，可以对刹车盘的疲劳断裂过程进行预测和分析。
尤其是在刹车盘的设计环节，多尺度仿真技术可以帮助制造工程师选择合适的材料和结构设计，提高刹车盘的耐疲劳性能指标的同时，保证其它性能指标的要求。
3. 车用刹车盘理想表现的仿真模型车用刹车盘的理想表现会合理地设计出来，耐疲劳性能要强，同时还得考虑刹车性能的稳定性、输出和稳定性、磨损情况及制动感觉等性能指标。
因此，在使用多尺度仿真技术来进行刹车盘优化和设计时，必须考虑刹车盘的所有性能指标。
理想的仿真模型应能够模拟车用刹车盘在大范围内的结构变化和受力过程，并进行高保真度的仿真模拟，同时还必须考虑材料参数、车辆负载和温度等影响刹车盘性能的因素。
盘式制动器仿真分析
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。
刹车系统的热力学特性研究与优化
刹车系统的热力学特性研究与优化随着汽车行业的快速发展，刹车系统作为车辆安全性的重要保障，受到了越来越多的关注。
以往的刹车系统设计主要考虑了力学特性和稳定性，却忽略了其中的热力学特性。
然而，对于刹车系统的热力学特性的深入研究和优化，对于提高刹车效能和延长刹车系统寿命具有重要意义。
首先，刹车系统的热力学特性对于刹车效能的影响不可忽视。
在制动过程中，刹车盘和刹车片无可避免地会产生摩擦，随之而来的就是热量的释放。
研究刹车系统的热力学特性，可以帮助我们了解刹车过程中摩擦面的温度分布和变化规律，进而优化刹车材料的选择和设计。
通过合理选择材料，可以降低刹车过程中温度的升高速度，减少刹车性能下降的情况发生，从而提高刹车效能。
其次，刹车系统的热力学特性对于刹车系统寿命的影响也不容忽视。
刹车过程中，摩擦面产生的热量不断被刹车盘和刹车片吸收，在长时间的高温环境下工作，刹车系统面临着严峻的考验。
过高的温度会导致刹车盘和刹车片的热胀冷缩，加剧刹车部件的磨损程度，甚至引发刹车系统失效的风险。
因此，通过深入研究刹车系统的热力学特性，可以为优化刹车部件的材料和结构提供参考，延长刹车系统的使用寿命。
在研究与优化刹车系统的热力学特性过程中，需要考虑如何合理评估和控制刹车系统的温度。
传统的测温方法往往过于简单粗暴，无法准确反映刹车系统中摩擦面的真实温度。
因此，借助红外测温技术等现代科技手段，可以实时监测和记录刹车系统摩擦面的温度分布，为研究与优化提供可靠的数据支持。
此外，对于刹车系统的热力学特性研究，还需要重视刹车液的特性。
刹车液作为传递刹车力的介质，其热传导性能和耐高温性能对刹车系统的热力学特性起着重要影响。
研究刹车液的特性，并结合实际运行情况进行优化选择，可以有效降低刹车系统在高温环境下的故障风险。
综上所述，刹车系统的热力学特性研究与优化对于提高刹车效能和延长刹车系统寿命具有重要意义。
通过合理选择材料、优化结构设计、改善刹车液特性等措施，可以降低刹车过程中温度的升高速度，减少刹车性能下降的情况发生，提高刹车效能和使用寿命。
基于动力学模拟的紧凑型轿车盘式制动器热耗散分析
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。
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Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｓ ｐ ｕ ｂ ｌ ｉ ｃ ’ Ｓ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｇ ｉ ｖ ｅ ｓ ａ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ． Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ， ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｗ ｏ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ，
第３ １ 巷第 １ 期
２ ０ １ ７ 年 ３月
西 昌学 院学报 ・ 自然科 学版
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｘｉ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ・ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｖ０ １ ． ３ １ ． Ｎ０． １
Ｔ ｈ ｅ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｂｒ ａ ｋ ｅ Ｄｉ ｓ ｃ
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（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｗｕ ｈ ｕ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｗｕ ｈ ｕ ， Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ ２ ４ １ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ ： ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ； ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ； ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｐ ａ ｄ ； ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ
０ 引 言
当前 社 会 环 境 中 ， 民众 对 汽 车节 能 环 保 、 舒 适 性 以及 安 全 性 等 要 求 越 来 越 高 。 同 时 汽 车 制 动 系 统必 须严格保 证 ， 无 论 是 任 何 环 境 都 能 够 较 好 地 达到制动要求 ， 没有裂纹 、 抖 动 以及 噪 音 等 不 良因 素 的干 扰 。要 达 到 以上 要 求 就需 要 摩 擦 副 具 拥 有
Ｍａ ｒ ． ，ห้องสมุดไป่ตู้２ ０１ ７
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ６ １ ０ ４ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ － １ ８ ９ １ ． ２ ０ １ ７ ． ０ １ ． ０ １ ３
汽车刹车盘热力学模拟分析
周 自宝
（ 芜湖职业技术学院汽车工程学院， 安徽 芜湖 ２ ４ １ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 当前 民众对 汽车安全性 的要 求逐 渐上升 。为加强对汽车利车盘热力学研 究 ， 提 高汽车驾乘人 员的安全 ， 对汽车刹车盘热
力学模型展开较 为详 细的分析 ： 首先 ， 建立 了摩擦模型 ； 然后 ， 根 据该模型计算得到 需要 的参数 ； 最后 ， 对所 建热力学模型进行
了分析 ， 并对 比分析 了有 无沟槽 以及 风道厚度 ２ 个 因素对刹 车盘 热力学性 能的影响 。 关键词 ： 刹 车盘 ； 热力学模型 ； 刹 车片； 对流 系数 中图分 类号 ： Ｕ ４ ６ ３ ． ５ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３ — １ ８ ９ １ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ ０ ４ ６ — ０ ４