基于Cantor集理论粗糙表面刹车副温度场研究

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1、第31卷2010年第11期11月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTR()NAUTICASINICAV01．31NO．11NOV．2010文耄编号：1000—6893(2010)1I-2282—06基于Cantor集理论粗糙表面刹车副温度场研究薛晶，李玉忍，刘卫国，田广来(西北工业大学自动化学院，陕西西安710072)ResearchonTemperatureFieldofBrakeDickswithRoughContactSurfacesBasedonCantorSetTheoryXueJing，LiYuren，LiuWeiguo，Tia

2、nGuanglai(SchoolofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：为保证飞机着陆安全，避免热衰退现象影响制动性能。研究了飞机刹车副表面粗糙度对温度场的影响。将Cantor集理论应用到接触形貌分析中，按照体守恒原理建立刹车副粗糙表面接触模型，考虑其对刹车副材料热物理性能的影响，建立极坐标下刹车副温度场有限元模型。用ANSYS对其进行仿真分析。仿真结果更接近刹车副经验温度，证明了所建立的刹车副温度场模型合理、可行，为刹车副温度场分析、计算和研究提供了理

3、论支持。关键词：计算机仿真；飞机；刹车；温度分布；表面形貌；Cantor集中图分类号：V226文献标识码：AAbstract：Highheatenergyisgeneratedamongbrakedicksbyfrictionduringaircraftbraking．Thecontactsurfacesofbrakedisksareroughratherthanflat，causinghotspottingeasily．Thismayacceleratebrakewearandfatiguedamageandjeopadizethesecurityo

4、fairplanelanding．ThisarticlebuildsacontactmodelofbrakesurfaceswithCantorsettheorybasedonvolumeconservation，andstudiesitseffectonthethermalphysicalparametersofbrakematerials．ThetemperaturefieldiscalculatedusingthefiniteelementmodelinpolarCOOT—dinates．Thenumericalsimulationresults

5、byANSYSareingoodagreementwithempiricalvalues，andprovideevidenceforthevalidityofthemodel．Itisatheoreticalsupportforthestudyofthetemperaturefieldofair—craftbrakedisks．Keywords：computersimulation；aircraft；braking；temperaturedistribution；surfacemorphology；Cantorset飞机在制动过程中，主要依赖刹车副的相

6、互摩擦产生制动效果，虽然宏观上刹车副之间的接触是完全的，然而实际上由于材料表面并非绝对光滑，而是存在无数微凸体，因此制动过程中飞机刹车副之间仅部分微凸体相互摩擦产生热，如果某一微凸体承担不适当的温度，将引起热弹性的不稳定。这会加速摩擦材料热降解、制动器的磨损及疲劳破坏，降低摩擦因数，严重削弱材料的机械性能，影响飞机制动的安全性，因此研究飞机刹车副瞬态温度场的时候对表面形貌的处理就非常重要。关于粗糙表面微接触问题很早就开始研究了，现在已经提出的模型有[1]：GW模型、PW模型、CEB模型、H模型、ZMC模型等，大部分用于研究接触表面的机械摩擦特性。近十余

7、年，越来越多的研究关注粗糙表面热特性，尤其是对使用性能和寿命紧密相关的热应力[2]和热磨损L3j方收稿日期：2010-01—06；修订日期：2010-05—17通讯作者：李玉忍E—mail；li_yuren@nwpu．edu．cn面，而这两方面的性能与接触表面的最高温度和平均温升关系紧密。J．A．GreenwoodL41提出了几种插值公式计算移动热源产生的最大温升，但是没有介绍接触物体的热分配问题。X．Tian等[51使用坐标变换提出了半无限体和椭球热源接触的最大温升和平均温度的关系。J．Bos等[61首先通过匹配区域各点温度求出热分配系数，然后使用影

8、响系数方法分析了椭球接触时均匀分布、半椭圆热分布，此方法适用于接触两物体相对运动情况。L．Qi