汽车鼓式制动器瞬态温度应力场三维仿真与模拟

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1、学兔兔www.xuetutu.com．基础研究．汽车鼓式制动器瞬态温度一应力场三维仿真与模拟★石秀勇1胡云萍2郑媛媛3倪计民1(1．同济大学；2．聊城大学；3．山东交通学院)【摘要】采用有限元软件ANSYS建立某车辆后轮鼓式制动器装配数值模型，并进行温度场和应力场的三维仿真与模拟。5次连续制动工况下制动鼓的温度场和应力场分布显示。5次循环最高温度为289，第1次循环最大应力为131MPa。研究结果和试验结果吻合，证明仿真模型和条件设置准确、合理。主题词：鼓式制动器温度场应力场瞬态模拟中图分类号：U463．51+1文献标识码：A文章编号：1000—3703(2013)12—0032—0

2、53DSimulationofTransientTemperatureandStressFieldofVehicleDrumBrakeShiXiuyong，HuYunping，ZhengYuanyuan。，NiJimin(1．TongjiUniversity；2．LiaochengUniversity；3．ShandongJiaotongUniversity)【Abstract]Inthispaper，3Dsimulationoftemperatureandstressfieldwereconductedforvehiclereardrumbrake，basedonFiniteEle

3、mentsoftwareANSYS．Undertheconditionsoffivecontinuousbraking，the3Dtemperatureandstressfielddistributionofbrakedrumareanalyzed，whichshowthat，themaximumtemperatureinfivebrakingcyclesis289％，andthemaximumstressinthefirstbrakingcycleis131MPa．Theresearchresultscoincidewiththetestresult，provingthatthes

4、imulationmodelandconditionsettingareaccurateandreasonable．Keywords：Drumbrake，Temperaturefield，Stressfield，Transientsimulation力一应变场和温度场之间的交互作用．需要对鼓式1前言制动器进行动态热一结构耦合分析．该方法能够克鼓式制动器由于其造价低、制动效能高，被广泛服单独针对制动鼓或摩擦片进行研究而存在的各应用于大型客车、重型货车和部分轿车(后轮制动)部件之问相互独立、边界条件不能相互耦合等局限中。但由于鼓式制动器室是相对密闭的空间．散热性本文基于鼓式制动器制动时蹄

5、、鼓摩擦接触状性能差．在制动过程中会聚集大量的热量摩擦衬态的深入分析．应用热一机耦合理论，考虑蹄、鼓接片在温度上升到一定程度后会使得制动器温度急剧触面摩擦因数温度特性．使用有限元软件ANSYS对上升，出现制动效能热衰退和失稳现象[·，2]：同时制某型号鼓式制动器进行热弹性耦合的三维瞬态温度动蹄受热过度磨损．导致表面不平整而使实际接触场和应力场有限元仿真面积减少．进而引起制动效率下降。因此．对鼓式制2数学模型动器的温度场进行计算分析．能为制动器和车辆设计提供依据，减少或避免制动热衰退现象的发生．降装配有鼓式制动器的车辆制动时，制动器蹄、鼓低道路交通事故率内的温度场、位移场存在强耦合作用

6、。摩擦衬片与有限元仿真技术可以准确再现鼓式制动器的工制动鼓摩擦产生的热量主要由两接触表面之间的接作过程，此过程涉及到温度场和应力一应变场的多触压力决定．所有相互接触物体温度场的数值解直场耦合问题。因此．为了能在仿真过程中考虑应接取决于摩擦接触状态。反之，温度场的任何变化基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(1700219107)。一32一汽车技术学兔兔www.xuetutu.com．基础研究．也会引起热变形的变化．从而使摩擦接触状态发生3．2材料属性改变因此。汽车制动器制动过程分析属于接触表所用鼓式制动器的制动鼓材料为灰铸铁面有热输入类型的热一机耦合[31HT250。制动

7、蹄材料为$20C，摩擦片采用无石棉非2．1温度场数学模型金属材料。其材料属性如表1所列。在实际工程应用中．当固体边界上热载荷的宽表1材料的属性参数材料属性制动鼓制动蹄摩擦片度远大于导热引起的温度渗透深度时．可不计周向弹性模量E／GPa112-3200．070．0传热的影响，因此温度场数学模型可简化为：泊松比“0．300．260-30／22＼密度p／kg·m757078402700aTAflaT+1aT+aT／＼⋯比热C·(kg·K)4704651034线性