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盘式制动器热—结构非线性分析与计算

唐旭晟  
【摘要】: 制动器摩擦副的温度/应力场耦合分析计算是制动器设计的重要内容和选择摩擦副材料的重要理论依据。本文评述了盘式制动器温度场以及摩擦接触算法的研究现状,对摩擦界面间的传热规律进行了研究。按照制动盘与片的实际几何尺寸,把盘、片统一地考虑成一个计算模型,充分考虑了盘、片之间的滑动摩擦温度场和应力场耦合问题,建立了三维瞬态温度/应力场有限元模型,利用非线性有限元多物理场方法,较真实地模拟了制动器的制动过程。在数值计算过程中,考虑了制动过程中各个运动及动力参数的变化、摩擦热流边界条件等因素,着重考虑了由于移动热源的作用导致制动盘表面热应力间歇性变化的问题,以及温度变化与接触区域压力变化的耦合问题。 对于盘式制动器来说,由于其结构特征的原因,其摩擦温度场并不呈二维轴对称分布而具有较明显的局部特征。盘式制动器温度场在轴向和径向上存在较大的温度梯度,由此导致盘、片存在着很大的热应力,同时产生热弹性变形,这种变形使得接触区域内的压力分布发生变化,这种变化又反过来影响了接触区域的温度分布。 本文通过对盘式制动器在紧急制动工况下三维瞬态温度场、应力场的耦合分析计算,揭示了制动器摩擦副的温度和热应力分布规律,以及摩擦界面间的热流分配规律,探讨了因摩擦温度分布不均匀而导致的对偶钢盘产生径向裂纹的原因,以及可能产生的热疲劳破坏。 本文的计算分析结果为进一步研究制动副摩擦材料及其金属偶件的热破坏,摩擦复合材料磨损机理,开发高性能摩擦材料、研制高性能制动器打下了良好的基础


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