基于ABAQUS制动器热流多场耦合建模分析
发布时间：2020-02-29 02:02
【摘要】：制动器工作过程中盘片摩擦产生的热流为非轴对称的,二者之间的热流耦合及其他场的耦合作用是影响制动效能的重要因素。基于以上问题,针对盘式制动器建立热传导方程,对盘片之间的摩擦传热和热流耦合现象进行分析。根据盘式制动器的结构特点和所建立的热传导数学模型,基于ABAQUS/Explict搭建其三维瞬态温度/应力场有限元模型,分析正常制动和紧急制动等典型工况下制动盘的温度场和应力场,对多场耦合现象进行分析;分析制动盘打孔后的温度场、热应力场等分布。结果表明:车辆在正常制动和紧急制动时,多场耦合有较大区别;正常制动工况最高温升160℃,紧急制动最高温升622℃;紧急制动工况,场耦合情况严重,温度场在轴向和径向上存在较大的温度梯度,对制动效能有较大影响;打孔不适用所研究的制动器,对场分布产生不利影响,会降低制动效能。所搭建模型和分析结果为实际设计提供参考。
【图文】：
乙?Aμ（T*）P（r，θ，z，t）V（r，θ，z，t）dAdt（1）式中：C0—结构功转化的当量热；μ（T*）—接触面摩擦系数；p—接触表面比压，N/m2；V—结构发生的相对位移，m；A—发生摩擦的表面积，m2；t—发生摩擦的时间，s；T*—特征温度，℃。制动片输入热流密度可以写作：q（r，t）=μp（r，t）v（r，t）=μp（r，t）ω（t）r（2）式中：v（r，t）—接触面相对速度，，m/s；ω（t）—单元旋转的角速度，rad/s；r—单元的径向坐标，mm。2.2工作过程热传导数学模型根据制动过程特点和结构参数特点，建立模型如图1所示。XYZS3S4S1S2A2A3（A1）图1温度场分析计算模型Fig.1TemperatureFieldAnalysisandCalculationModel根据制动器的结构原理可知，制动过程中制动片固定不动，而其制动盘则是逆时针转动[7]。系统的边界条件：输入到盘、片的摩擦热流密度（qd和qc）：qd＝FwFfτvqc＝（1-Fw）w2Ffττv（3）式中：Fw—其权值，这里认为无耗损，故其取1；τ—接触面的摩擦力，N。对于制动盘S1可得：kd坠Td坠z＝-［1-g（m）］hd1（Td-Tf）+g（m）Kc（TP-Td）+g（m）qd（4）其中，当研究点位于热源内时，即盘上的该点与摩擦片接触时，g（m）取1，反之取0。对于制动片接触面A1：kp坠Tp坠z=Kc（Td-Tf）+qc（5）制动盘对称面S2：kd坠Td坠z＝0（6）制动盘的内圆侧面S3：kd坠Td坠xnx+kd坠Td坠yny＝-hd3（Td-Tf）（7）制动片对称面A2：kP坠TP坠xnx+kP坠TP坠yny＝-hd2（T
，前轴79112N，后轴152888N，质心高度3300mm；轮胎滚动半径1500mm。摩擦片参数：外径280mm，长为225mm；宽120mm；厚30mm。制动盘参数：外径为280mm，内径为110mm；厚度为16mm。根据实际情况，建立模型时，片固定不动，仅有盘做逆时针转动。如图1坐标系所示，摩擦片在x，y方向固定，而制动盘在z方向固定，在坐标系圆心处建立参考点，由于模拟制动过程，因此在参考点给予一定的初始角速度，之后施加一定的减速度，而其他方向则固定处理，以此模拟制动器减速制动过程。基于ABAQUS/Explict搭建制动盘摩擦片三维有限元模型，如图2所示。图2制动盘摩擦片有限元模型Fig.2FiniteElementModelofBrakeDiscFrictionPlate制动器热物性参数，制动盘：导热系数为48.46Nm/sKm、密度为7228kg/m3、比热容为419Nm/kgK、热胀系数为1.1e-05m/K、摩擦系数为0.38；摩擦片：导热系数为1.212Nm/sKm、密度为2595kg/m3、比热容为1465Nm/kgK、热胀系数为3e-5m/K、摩擦系数为0.38。制动器制动过程中，对流换热系数写作：h=0.7（kdD）R0.55e（13）式中：Kd—空气导热系数，Nm/hKm；D—盘外径，m；Re—雷诺数。198路东：基于ABAQUS制动器热流多场耦合建模分析第8期
本文编号：2583632
【图文】：
乙?Aμ（T*）P（r，θ，z，t）V（r，θ，z，t）dAdt（1）式中：C0—结构功转化的当量热；μ（T*）—接触面摩擦系数；p—接触表面比压，N/m2；V—结构发生的相对位移，m；A—发生摩擦的表面积，m2；t—发生摩擦的时间，s；T*—特征温度，℃。制动片输入热流密度可以写作：q（r，t）=μp（r，t）v（r，t）=μp（r，t）ω（t）r（2）式中：v（r，t）—接触面相对速度，，m/s；ω（t）—单元旋转的角速度，rad/s；r—单元的径向坐标，mm。2.2工作过程热传导数学模型根据制动过程特点和结构参数特点，建立模型如图1所示。XYZS3S4S1S2A2A3（A1）图1温度场分析计算模型Fig.1TemperatureFieldAnalysisandCalculationModel根据制动器的结构原理可知，制动过程中制动片固定不动，而其制动盘则是逆时针转动[7]。系统的边界条件：输入到盘、片的摩擦热流密度（qd和qc）：qd＝FwFfτvqc＝（1-Fw）w2Ffττv（3）式中：Fw—其权值，这里认为无耗损，故其取1；τ—接触面的摩擦力，N。对于制动盘S1可得：kd坠Td坠z＝-［1-g（m）］hd1（Td-Tf）+g（m）Kc（TP-Td）+g（m）qd（4）其中，当研究点位于热源内时，即盘上的该点与摩擦片接触时，g（m）取1，反之取0。对于制动片接触面A1：kp坠Tp坠z=Kc（Td-Tf）+qc（5）制动盘对称面S2：kd坠Td坠z＝0（6）制动盘的内圆侧面S3：kd坠Td坠xnx+kd坠Td坠yny＝-hd3（Td-Tf）（7）制动片对称面A2：kP坠TP坠xnx+kP坠TP坠yny＝-hd2（T
，前轴79112N，后轴152888N，质心高度3300mm；轮胎滚动半径1500mm。摩擦片参数：外径280mm，长为225mm；宽120mm；厚30mm。制动盘参数：外径为280mm，内径为110mm；厚度为16mm。根据实际情况，建立模型时，片固定不动，仅有盘做逆时针转动。如图1坐标系所示，摩擦片在x，y方向固定，而制动盘在z方向固定，在坐标系圆心处建立参考点，由于模拟制动过程，因此在参考点给予一定的初始角速度，之后施加一定的减速度，而其他方向则固定处理，以此模拟制动器减速制动过程。基于ABAQUS/Explict搭建制动盘摩擦片三维有限元模型，如图2所示。图2制动盘摩擦片有限元模型Fig.2FiniteElementModelofBrakeDiscFrictionPlate制动器热物性参数，制动盘：导热系数为48.46Nm/sKm、密度为7228kg/m3、比热容为419Nm/kgK、热胀系数为1.1e-05m/K、摩擦系数为0.38；摩擦片：导热系数为1.212Nm/sKm、密度为2595kg/m3、比热容为1465Nm/kgK、热胀系数为3e-5m/K、摩擦系数为0.38。制动器制动过程中，对流换热系数写作：h=0.7（kdD）R0.55e（13）式中：Kd—空气导热系数，Nm/hKm；D—盘外径，m；Re—雷诺数。198路东：基于ABAQUS制动器热流多场耦合建模分析第8期
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本文编号：2583632
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