盘式制动器热—结构耦合的数值建模与分析

在充分考虑移动热源且速度可变效应影响、盘与片摩擦界面间热流耦合的基础上,根据制动盘与摩擦片的实际几何尺寸,建立一个紧急制动工况下三维瞬态热-结构耦合的计算模型,运用大型有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟盘式制动器的制动过程。揭示制动过程中制动盘瞬态温度场/应力场的分布规律,发现二者之间存在着耦合关系,二者随制动时间明显地呈现周期性变化,这些周期波动是由移动热源产生的热流冲击和对流换热影响的交替作用所引起的,且其变化周期随制动时间的延长而增大。并初步探讨制动盘产生径向裂纹的原因。

盘式制动器制动尖叫的研究

制动尖叫是由摩擦耦合诱发和制动器各部件的模态参数匹配不当引起的系统不稳定现象。针对一个有尖叫倾向的实际样车,通过有限元方法提取制动器各部件的模态参数,以制动器的每个部件作为一个子结构,应用自由界面法进行模态综合,得到了与实际尖叫情形相符的耦合模型(模型中存在一阶与尖叫频率对应的不稳定模态);应用耦合模型,通过分析子结构模态与耦合系统不稳定模态的关系,定量地得到了各子结构模态对制动尖叫的影响大小,从而得到了决定尖叫产生与否的关键因素——支架的第11阶模态;针对该阶模态,提出了结构修改方案B3。通过对比试验,验证了B3确实有抑制尖叫的作用。

制动盘弹性模量对制动尖叫影响的仿真分析

制动盘的弹性模量对制动尖叫具有重要影响。建立制动盘的有限元模型,分析弹性模量对自由模态和约束模态的影响,进而建立制动器的复模态有限元模型,分析弹性模量对不稳定模态频率的影响,同时从模态振型的角度探索弹性模量对模态耦合特性的影响,揭示弹性模量影响制动尖叫的规律。研究发现,弹性模量变化不改变自由和约束模态振型,但模态频率的平方与弹性模量呈正比例关系;不稳定模态频率-弹性模量曲线与约束模态频率-弹性模量曲线的吻合程度体现了制动盘对不稳定模态耦合的影响程度不同,需要根据不同的不稳定模态具体分析弹性模量的影响,以指导材料选型。

制动盘几何特征对结构模态特性影响仿真分析

针对几何特征参数改变对汽车制动盘结构模态特性的影响进行仿真分析,探索通过几何形状变化控制制动盘制动尖叫的可行性。首先建立了制动盘的ANSYS有限元模型,利用试验模态分析结果验证模型正确性的基础上,然后定量分析了安装凸台直径与高度、盘体直径与厚度、散热辐条分布密度的变化对前七阶自由与约束周向模态频率的影响。分析发现:盘体直径与厚度、散热辐条分布密度和安装凸台直径与高度对模态特性影响依次减小;盘体直径与厚度改变可以作为考虑轻量化和热容量的面向制动盘结构模态修改的途径。

盘式制动器闭环耦合模型耦合刚度的优化

为确定盘式制动器关键耦合界面的耦合刚度,首先进行制动器静态加压加载工况下的模态试验得到其模态参数,然后运用非线性优化方法使模型计算与试验结果间的误差达到最小,从而得到与实际使用工况尽量一致的耦合刚度。最后将优化后的模型和原模型计算结果与台架试验结果进行对比。结果表明,利用本文优化后的耦合刚度计算得到的不稳定模态结果与台架制动噪声试验结果更接近,验证了本文方法的合理性和有效性。

盘式制动器制动尖叫CAE分析及其解决方案

本文针对一个有尖叫倾向的实际样车,通过有限元方法提取制动器各部件的模态参数,应用耦合模型来分析子结构模态与耦合系统不稳定模态的关系。从而得出引起制动尖叫的主要原因为摩擦片与制动盘的模态耦合,利用修改摩擦片的结构形式来改善制动尖叫。最后通过J2521台架试验,验证此方法的可行性。

盘式制动器尖叫的馈入能量分析

从馈入能量的角度来探讨对制动尖叫噪声分析的方法。在制动器的摩擦闭环耦合模型的基础上 ,推导了系统尖叫模态的馈入能量计算方法。基于馈入能量的分析 ,可较直观地看出一些结构参数对制动噪声的影响 ,如摩擦因数、制动块形状、刚度及有重要影响的子结构模态振型 ,并有助于分析抑制噪声的结构修改方案。

超深井提升机制动器紧急制动热-结构分析

以超深井提升机制动系统为研究对象,构建了制动系统的虚拟样机模型,获得了不同制动比压下闸盘转速随时间的变化关系;在此基础上,考虑盘形制动器材料参数的温度特性,构建了制动器三维瞬态热-结构耦合有限元计算模型,获得了紧急制动过程中制动器的温度场/应力场分布情况,揭示了超深井提升机紧急制动过程中制动器瞬态温度场/应力场的分布规律。