汽车高速盘制动的摩擦温度场及热应力分析

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1、应用与试验2013年第6期(第26卷，总第128期)·机械研究与应用·汽车高速盘制动的摩擦温度场及热应力分析韩宁，赵河明，王维(1．中北大学机电工程学院，山西太原030051；2．北方自动控制技术研究所，山西太原030006)摘要：应用有限元软件ABAQUS分析刹车盘随摩擦时间、摩擦速度的温度变化情况及在转速最大时Mises应力分布。得出如下结论：当低速时刹车盘的散热比较好，升温幅度与时间成线性关系；随着速度的增加在摩擦中心出现一条高温环形窄带，并且在条带附近区与高温区的温差也随速度随之增加；在高温区的Mises应力最小，说明弹性模

2、量也随温度增加在变小，分析结论为新型复合材料研究提供理论依据。关键词：制动盘；温度场；应力场；有限元中图分类号：U463文献标志码：A文章编号：1007—4414(2013)06—0072—03FrictionTemperatureFieldandThermal-stressAnalysisofAutoBrakeDiscatHighSpeedHANNing。ZHA0He—ruing，WANGWej(J．CollegeofMechatronicEngineering，NorthUniversityofChina，TaiyuanShan

3、xi030051，China；2．NorthAutomaticControlTechnologyInstitute，TaiyuanShanxi03O006，China)Abstract：ThefiniteelementsoftwareABAQUSisusedtoanalyzetemperaturevariationofbrakediscwiththechangingoftic—tiontimeandfictionspeed，andthedistributionofMisesstressathighestspeed．Thefollow

4、ingconclusionareresearchedthatbrakedischeatdissipationisbetteratlowspeed，thetemperaturegrowthislinearwithtime．Withthegrowthofspeed，thehightemperatureringnarrowareaoccu~esinthecenteroffiction．temperaturerangeofstripnearareaandhightemperatureareaareincreasing，Misesstress

5、inhightemperatureareaisminimum，whichmeanselasticmodulusgetingsmallerwiththeincreasingoftemperature，theconclusionprovidesantheoreticalbasisforthestudyofnewcompositematerials．Keywords：brakedisc；temperaturefield；thermalstress；finiteelement1引言环境等因素制约j。刹车是个循环不断的过程，使汽车制动过程是由

6、刹车泵流出的液压油对刹车刹车盘一直处在冷热交替的过程之中，易产生疲劳裂钳的活塞产生推力，推动刹车片对刹车盘施加压力，纹，影响使用寿命。根据制动系统的非线性、模型的刹车片与刹车盘产生摩擦力，将汽车的动能转换成热复杂性以及难以确定的边界和初值条件的因素，采用能。如图1所示。有限元分析理论模拟刹车盘和刹车片的温度变化情■摩擦垫诗液压油况是一种有效手段【。因此，采用数值模拟方法分析和掌握刹车过程温度的变化规律为试验研究提供理论依据，也为刹车盘的改进设计以及事故预防提供依据。2摩擦温度场数学模型的建立根据Fourier传热定律和能量守恒定律建

7、立传热分析问题的控制方程，即物体的瞬态温度场T(，，z，t)应满足以下方程：图1刹车系统示意图(+(+去(后+PQ=pet警由于制动过程产生大量的热使刹车片、刹车盘的(1)温度升高，当超过刹车片的工况温度时，就会发生热式中：p为材料密度；c为材料比热，-『／(kg·K)；k，衰减现象，摩擦系数降低，从而刹车失灵导致一些交，k为沿，y，方向的热传导系数，W／(m·K)；Q通事故的发生¨j。刹车过程中，摩擦表面接触温度为物体内部的热源强度，W／kg。及温度梯度受载荷、速度、摩擦系数、接触时间、材料在实际问题的处理过程中对边界条件要求十分

8、的热物理特性及耐久性，摩擦部件的设计尺寸和工作苛刻，方程求解困难因此将边界条件耦合进泛函数收稿日期：2013一l0—30作者简介：韩宁(1986一)，男，河北定州人，在读硕士，主要从事摩擦热应力分析及疲劳寿命预测方面的研究工作。·72