氣壓盤式制動(dòng)器熱—結(jié)構(gòu)耦合仿真分析.pdf

1、本文首先回顧了氣壓盤式制動(dòng)器(ADB)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱彈性失穩(wěn)現(xiàn)象研究的發(fā)展歷程，對盤式制動(dòng)器溫度場與應(yīng)力場的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。在此基礎(chǔ)上，本文采用有限元法對制動(dòng)器工作過程中制動(dòng)盤與摩擦片間的熱-結(jié)構(gòu)耦合現(xiàn)象進(jìn)行了仿真分析，并對制動(dòng)器其他主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度校核。具體說來，主要包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)熱-結(jié)構(gòu)耦合分析涉及到的基礎(chǔ)理論簡要分析。通過對接觸分析理論、制動(dòng)摩擦生熱理論、傳熱學(xué)理論的分析，確定了制動(dòng)摩擦熱量在制

2、動(dòng)盤與摩擦片之間的分配關(guān)系，建立了制動(dòng)器的三維瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程并確定了相應(yīng)的邊界條件。最后，根據(jù)分析需要，選用商業(yè)分析軟件ABAQUS作為熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的求解器。
　　 (2)緊急制動(dòng)工況下制動(dòng)器的完全熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。首先選用商業(yè)分析軟件HyperMesh作為前處理軟件，建立了ADB熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的網(wǎng)格模型;然后確定了熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的熱邊界條件與位移邊界條件，建立了ADB完全熱-結(jié)構(gòu)耦合分析模型，利用該分析模型對緊急制動(dòng)

3、工況下制動(dòng)盤的溫度場與應(yīng)力場分布特征進(jìn)行了分析。分析結(jié)果顯示，制動(dòng)盤的溫度場與等效應(yīng)力場均存在明顯徑向、軸向與周向梯度，高溫區(qū)與高應(yīng)力區(qū)均出現(xiàn)在制動(dòng)盤面的摩擦半徑附近。整個(gè)制動(dòng)過程中，制動(dòng)盤溫度先升高后降低。制動(dòng)盤的三向應(yīng)力中，周向應(yīng)力最大，周向應(yīng)力是引起制動(dòng)盤疲勞裂紋的主要原因。由于溫度場與應(yīng)力場的不均勻分布，制動(dòng)盤會(huì)出現(xiàn)不均勻的熱彈性變形，向內(nèi)側(cè)翹曲。
　　 (3)制動(dòng)盤的順序熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。為了研究制動(dòng)盤在重復(fù)制動(dòng)工況與

4、持續(xù)制動(dòng)工況下的溫升情況，首先對制動(dòng)過程中制動(dòng)盤的機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行了分析，分析結(jié)果顯示，制動(dòng)過程中，制動(dòng)盤的機(jī)械應(yīng)力很小，應(yīng)力主要表現(xiàn)為熱應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上，采用能量折算法，建立了制動(dòng)盤的順序熱-結(jié)構(gòu)耦合分析模型，利用該模型對緊急制動(dòng)工況、重復(fù)制動(dòng)工況與持續(xù)制動(dòng)工況的制動(dòng)盤溫度場與熱應(yīng)力場進(jìn)行了分析。分析結(jié)果顯示，在緊急制動(dòng)工況下，采用順序耦合分析方法得到的盤面溫度與應(yīng)力稍低于完全耦合法的分析結(jié)果;在重復(fù)制動(dòng)工況與持續(xù)制動(dòng)工況下，盤面溫度均逐