基于ANSYS的制动盘模态分析
基于ANSYS Workbench的制动器模态特性仿真与优化
基于ANSYS Workbench的制动器模态特性仿真与优化
朱淼;侯莹莹
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2022(51)9
【摘要】为降低车辆制动器发生中低频噪声的概率和频率,基于有限元方法建立制动器的参数化模型,采用ANSYS Workbench对制动器的约束模态和预应力模态进行了数值仿真与分析。
分别采用六面体和四面体类型网格对刹车片和制动盘进行网格划分。
约束模态分析将边界条件设置为螺纹孔固定约束。
预应力模态分析首先进行静态结构仿真,然后调取应力场分析结果至模态分析模块,得出不同工况下的模态
振型。
在保持第一阶固有频率不降低的前提下,对制动器进行了轻量化设计和优化。
研究表明,在固定约束和预应力模态分析条件下,制动盘的质量可减小16%左右,且
各阶固有频率均有不同程度的提高。
该研究方法能够有效缩短研发周期和成本,为
车辆工程的可靠性优化提供良好的思路和方向。
【总页数】4页(P181-184)
【作者】朱淼;侯莹莹
【作者单位】枣庄科技职业学院
【正文语种】中文
【中图分类】U463
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench对4MZ-3C型采棉机侧壁焊合刚度强度及模态特性的试制前有限元分析
2.基于ADAMS和ANSYS Workbench的多盘制动器弹子加压装置协同仿真研究
3.基于ANSYS Workbench的高速电主轴模态分析及其动特性实验
4.基于ANSYS Workbench的新型盘式制动器的强度分析和模态分析
5.基于ANSYS Workbench的制动器支座拓扑优化
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盘式制动器建模及制动盘的有限元分析
课程设计任务书目录1、实体建模步骤、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、31、1制动盘建模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、31、2摩擦片建模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、41、3制动活塞建模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、61、4制动钳建模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、61、5整体装配、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、82、导入过程、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、93、有限元分析得过程分析得过程、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、103、1对导入得模型进行单元属性定义、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、103、2网格划分及添加约束、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、103、3进行模态分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、113、4制动盘得振型分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、123、5结论、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、15参考文件、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、161 实体建模步骤建模选用catia三维操作软件,建模步骤如下。
基于ansys workbench的新型盘式制动器的强度分析和模态分析
机械 2020 年第 1 期 第 47 卷机械·23·基于 ANSYS Workbench 的新型盘式制动器 的强度分析和模态分析曾昱皓，谢松成，杨荣松（四川大学 机械工程学院，四川 成都 610065）摘要：为了研究新型盘式制动器在工作过程中受到制动力的应力应变状况以及力学性能，通过 SolidWorks构建了某种新型盘式制动器的三维模型，然后根据有限元原理，运用有限元分析软件 ANSYS Workbench对其进行静应力分析，得到制动器主要零部件应力、变形变化规律和应力、变形最大时刻云图以及其各部件的应力大小，并对产生应力集中的地方进行改进。
同时提出了改变过渡圆半径的方法，并对其进行分析验证，为该盘式制动器的优化设计及动力学分析提供了理论基础。
通过对装配体进行模态分析，得到其前 6 阶固有频率和振型。
通过计算分析得到结果验证了该制动器在制动过程中不会发生共振，结构安全可靠，能满足实际工况要求。
关键词：盘式制动器；ANSYS Workbench；静应力分析；模态分析中图分类号：O242.2文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1006-0316.2020.01.004文章编号：1006－0316 (2020) 01－0023－06Strength Analysis and Modal Analysis of a New Disc Brake Based on Ansys Workbench ZENG Yuhao，XIE Songcheng，YANG Rongsong( School of Mechanical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China ) Abstract：In order to study the stress-strain condition and mechanical properties of a new disc brake during braking, a three-dimensional model is constructed by SolidWorks and analyzed with ANSYS Workbench based on the finite element principle. Static stress analysis is carried out to obtain the stress and deformation law of the main components of the brake and the maximum moment of stress and deformation. With the stress of each component obtained, improvement is made where the stress concentration occurs. At the same time, the method of changing the radius of the transition circle is proposed. With analysis and verification of the method, it provides a theoretical basis for the optimal design and dynamic analysis of the disc brake. Through the modal analysis of the assembly, the first six natural frequencies and modes are obtained. The results of calculation and analysis prove that the brake does not resonate during the braking process, and the structure is safe and reliable, which can meet the requirements of actual working conditions. Key words：disc brake；ANSYS Workbench；static stress analysis；modal analysis本文研究的是中大型盘形林谢制动器。
基于ansys的汽车制动盘模态分析
霆塑监基于A N SY S的汽车制动盘模态分析董士琦过学迅(武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070)喃要]运用cA T I A软件建立了专用车刺动盘的三维模型，导入A N s Y s软件对其进行了模态分析，得到制动盘的固有频率及掘型特征，与激振频率进行对比，尽量避免产生共振和噪声，为实际模态试验提供参考和依据。
[关键词]制动盘；模态分析；振动特征；-9491前言制动时制动系产生的制动噪声尽可能小是制动器设计的主要要求之一。
汽车制动过程中，作用在制动器各零件上的载荷都是动载荷，若激振频率与制动零件的固有频率接近，零件将产生强烈的共振，从而产生严重的制动噪声，甚至造成零件寿命5睾f氏和结构破坏。
制动盘作为盘式制动器的主要摩擦副，对其进行有限元模态分析，分析其振型特征，提出相应的修改方案，为进—步的模态试验提供参考和依据。
2模态分析理论结构模态分析用于确定结构的振动特征(固有频率与振型)，同时也是其它动力学分析的基础。
实际的动力学分析一般是将连续结构离散化为具有N个有限自由度的多自由度离散系统。
一个N自由度线性定常系统的运动微分方程可写为：肿似(t)mⅨ(t)H献“))=fF(t))(1)式中：【M、【a和闪分别为系统的质量、阻尼和刚度矩阵：D((t))、Ⅸ(t))；}ⅡD((1))分别为加速度向量、速度向量帝啦移向量：俨(t))为激励载荷向量。
实际分析过程中由于结构阻尼较小，且不易很好地在有限元模型中处理阻尼和阻尼分布问题，故将其忽略不计。
而结构模态是机械自由振动时的基本振动特型，不考虑外激励载荷。
因此运动微分方程式(1)中的㈦Ⅸ(t))和{F(t)韵为零，得到：【M】D((t)M K3Ⅸ“)】=O(2)弹性物体的自由振动可以分解为一系列简谐振动的叠加，则有：风啦：Ⅸ拈i ncot(3)将式(3)代人式(2)得：l il q一∞彻咐=0(4)自由振动时各节点的振幅Ⅸd不全为零，所以可知：Ib．∞2[M II=0(5)其中刚度矩阵[Iq和质量矩阵【M】均为(N xN)阶矩阵，N为节点自由度的数目。
基于ANSYS参数化设计语言APDL的盘式制动器强度_刚度分析_张琪
第３８卷 第３期２０１４年６月武汉理工大学学报（交通科学与工程版）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２０１４基于ＡＮＳＹＳ参数化设计语言ＡＰＤＬ的盘式制动器强度、刚度分析张 琪１） 马 力２） 过学迅２） 张 杰３）（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院１） 广州 ５１１４３４）（武汉理工大学汽车工程学院２） 武汉 ４３００７０） （万向集团３） 杭州 ３１１２１５）摘要：研究了盘式制动器参数化强度、刚度问题，给出了盘式制动器参数化有限元建模的基本流程，编制了盘式制动器参数化有限元设计的ＡＰＤＬ语言，对典型盘式制动器进行了参数化有限元强度刚度分析．关键词：强度；刚度；参数化；ＡＮＳＹＳ；制动器中图法分类号：Ｕ４６３．５ ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－３８４４．２０１４．０３．０５０ 收稿日期：２０１３－１２－２０ 张 琪（１９８４－）：男，硕士，工程师，主要研究领域为车辆工程 随着汽车市场的繁荣以及不同客户群体在车型选择上的多样性，人们对汽车制动性能和制动器结构设计的要求也越来越多、越来越高．作为设计人员，对不同结构形式的制动器进行分析研究以确保产品的可靠性．然而，每一次繁琐的建模以及分析过程会耗去研究人员很多时间，且很多过程都属于重复劳动．因此，寻求一种既能解决重复建模问题，又能满足分析要求的这样一种分析方法就显得尤为重要．目前，已经有不少研究人员借助ＡＮＳＹＳ参数化设计语言进行参数化设计，并取得了一定成果［１－３］．本文即是借助了当今非常强大的有限元分析软件ＡＮＳＹＳ中的参数化设计语言ＡＰＤＬ，结合制动器总成的结构特点，建立制动器总成的参数化模型，能够实现对不同结构形式或不同制动工况的盘式制动器进行有限元强度、刚度分析，从而减少重新建模重新分析所需的大量时间，为企业及相关研究人员的设计提供了新的方法．１ 盘式制动器参数化问题分析参数化技术最早是ＣＡＤ从事者在实际应用工作中提出来的，它是该应用领域内一个重要的、且正在蓬勃发展的研究问题．在ＣＡＤ领域内，参数化设计是参数化模型尺寸对应关系的一种表示，而不是具体数值的确定，它是通过调整参数来修改和控制几何形状，自动实现产品精确造型的，当变化一个参数值时，与它相关的模型尺寸也会自动改变，并遵守约束条件，这样就得到了参数化的模型［４］．参数化有限元建模即是在此基础上发展来的，它不仅在几何模型上实现了参数化，对材料属性参数、构件特性实常数、网格划分、载荷以及边界条件等前后处理均可实现参数化［５－７］，经自动网格划分程序划分有限元网格后，最终形成可供计算的有限元模型．盘式制动器是车辆制动系统的核心零部件，目前装载于绝大部分乘用车上面，其总成结构较为复杂，主要由制动钳体、制动钳支架、活塞、制动块和制动盘等多个零部件，以及一些辅助构件等组成．目前对于盘式制动器这类产品的研究还比较多，主要集中在热应力分析、机械应力分析、温度场和模态分析等方面，分析流程基本上是从几何模型到有限元模型，提交计算，最后得到计算结果．但每一类分析都要经过重新建模，重新定参数，重新加载等过程，耗时较长，当只需要修改部分几何尺寸或参数而重新进行完整建模分析的话，更是会耗去大量时间和精力，从而浪费企业及设计人员大量的时间成本．因此，考虑盘式制动器总成的结构及安装特点，利用参数化设计这样一种比较高级的研究方法来解决这一问题就显得非常有必要了．盘式制动器总成在进行参数化分析研究时，可以按两大部分进行：（１）参数化几何模型的建立；（２）参数化有限元模型的建立．将经常变动的几何尺寸直接参数化，将通用程度较高的零部件按零件类型进行建库，设置零件类型参数，针对不同的制动器总成从库中调用相应的零部件以最终获得参数化的几何模型．ＡＮＳＹＳ是当今发展比较成熟、应用比较广泛的有限元分析软件，其高级应用程序参数化设计语言ＡＰＤＬ能够很好的进行参数化建模，得到有限元模型，并进行相应的有限元计算分析．因此，选择ＡＮＳＹＳ参数化设计语言ＡＰＤＬ作为盘式制动器强度、刚度分析的有限元参数化设计平台是较为合适的．２ 参数化有限元计算模型的建立２．１ 设计思路及设计流程根据制动器总成各部分零件的结构特点及上述制动器参数化问题分析，将制动盘与汽车轮毂连接的部分进行参数化处理，以根据不同车辆上面的安装要求进行适当的改变，将制动盘与制动块作用的部分单独分离出来放入到零件库，同时也将制动块、制动卡钳、制动钳支架和活塞等零件放入到零件库以备调用．在参数化设计和分析的时候，首先定义有效的参数，包括几何参数、零部件库中的类型参数以及计算控制参数，然后依照这些参数建立有限元几何模型，处理载荷和约束，形成有限元计算模型，并进行计算．若针对不同的制动器进行有限元分析，只需改变相应的参数，即可快速便捷的实现新参数下的制动器的设计分析．参数化设计分析流程见图１．２．２ 参数的确定和输入对话框根据制动器总成的几何模型，确定几何参数，设置单元类型、实常数和材料属性参数，定义控制网格大小参数、载荷参数和计算控制参数如求解时间参数等，最终设置有１７个变量，其中几何参数７个，分别为ＡＲＧ１～ＡＲＧ７；材料参数６个分别为ＡＲ１２～ＡＲ１７；网格控制参数１个，为ＡＲＧ８；载荷施加参数２个，为ＡＲ１０和ＡＲ１１；计算控制参数１个，为ＡＲＧ９．参数输入对话框见图２．图１ 参数化建模流程图图２ 参数输入窗口２．３ 参数化几何模型的建立实现参数化的几何变量有７个，分别是：螺栓孔心距安装盘孔心位置（ｄ）、安装部分圆柱体的高度（ｄｅｐｔｈ）、安装部分圆柱体的外半径（ｒ）、安装部分圆柱体的內腔深度（ｄｅｐｔｈ１）、安装部分圆柱体的內腔半径（ｒ１）、安装部分圆柱孔的半径（ｒ２）和螺栓孔半径（ｒ３），分别对应参数输入窗口的变量名为ＡＲＧ１～ＡＲＧ７，其他几何尺寸随参数化几何变量的改变而改变．各参数变量在参数化几何模型中具体控制的几何尺寸见图３．完成上述几何模型的建立以后，从定义好的零件库中调入需要的零件，包括制动盘与制动块作用的圆盘部分、制动块、制动卡钳和制动钳支架等，根据实际几何关系将各部分装配起来，最终可以得到装配好的整体参数化几何模型，其中调用各部分零件的命令语句为ＣＤＲＥＡＤ，ＡＬＬ，‘ｐｌａｔｅ’，‘ｃｄｂ’，‘ｐｌａｔｅ’，·９８６· 第３期张 琪，等：基于ＡＮＳＹＳ参数化设计语言ＡＰＤＬ的盘式制动器强度刚度分析图３ 参数化部分几何模型示意图‘ｉｇｅｓ’其中“ｐｌａｔｅ”为零件类型参数，这里指制动盘与制动块作用的圆盘部分，零件图见图４．图４ 制动盘与摩擦块接触圆盘（ｐｌａｔｅ）２．４ 参数化有限元模型的建立得到参数化几何模型以后，通过定义单元类型、实常数和材料属性参数（密度ＤＥＮＳ、弹性模量ＥＵ和泊松比ＮＵＸＹ），将这些属性分别赋予给相应的面或体上得到物理属性模型．定义网格大小控制参数（ｄｅｎｓｉｔｙ），设置载荷施加参数（ｐｒｅｓｓ和ｏｍｉ）以及计算时间控制参数（ｔ），以满足不同制动工况的加载需要，定义组件、ｐａｒｔ和接触对，选择需要加载和施加约束的面，经过自动网格划分程序划分有限元网格后，最终获得参数化有限元计算模型，这些有限元设置参数在参数输入窗口中对应的变量名为ＡＲＧ８～ＡＲ１７．３ 典型制动器参数化有限元分析实例根据参数化有限元分析的理论和流程，基于ＡＮＳＹＳ ＡＰＤＬ语言对典型通风盘式制动器进行参数化有限元强度刚度分析［８－１０］，以宏命令的形式调入命令流，对话框中输入相应参数值，具体输入的值见表１．最终得到参数化几何模型见图５．图５ 参数化几何模型总成图表１ 参数输入表（ＡＲＧ１～ＡＲＧ８）参数序号１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８参数名ｄ ｄｅｐｔｈ ｒ ｄｅｐｔｈ１ ｒ１ｒ２ｒ３ｄｅｎｓｉｔｙ参数值０．０５ ０．０２３ ０．０６７ ７５－０．０１５ ５ ０．０６２ ５ ０．０２７ ５ ０．００６ ５ ０．００５参数序号９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７参数名ｔ ｐｒｅｓｓ ｏｍｉ ＤＥＮＳ＿１ＥＸ＿１ＮＵＸＹ＿１ＤＥＮＳ＿２ＥＸ＿２ＮＵＸＹ＿２参数值０．５ ３×１０６ １０ ７１００ １．２×１０１１ ０．２５ ３６００ ３．７×１０８ ０．２５ 得到参数化有限元强度刚度计算模型以后，提交计算，最终得到制动器总成的应力分布和位移变化，见图６，制动卡钳的应力分布和位移变化，见图７．图６ 制动器总成应力云图图７ 制动卡钳应力云图由图６和图７可见，当在一定初始转速下制动时，制动盘安装部分会出现较大应力，且应力水平较高，同时，由于制动卡钳和制动器支架之间的配合关系是一侧空套，另一侧是公差极小的间隙·０９６·武汉理工大学学报（交通科学与工程版）２０１４年 第３８卷配合，当制动油压作用于制动卡钳和活塞时，会出现较大的制动力矩，最终会使得制动卡钳和制动器支架配合的部分受力较大，如图６中的区域１和区域２，图７中的区域３和区域４，这与实际情况极其相符．因此，通过参数化有限元建模分析和常规有限元建模分析得到的结果是一致的．４ 结束语从实用性方面来讲，参数化设计能够对复杂模型进行很好的建模与分析，与传统设计方法相比，解决了复杂模型修改时所需的大量重复劳动和时间，能设计出一族而不是单一的有限元计算模型；能够解决常规ＧＵＩ方式无法完成的建模分析和一些高级应用的分析，如尺寸优化、参数优化和拓扑优化等．本文是以应用比较广泛的盘式制动器作为参数化分析对象的，最终得到的计算模型和计算结果都很满意，因此，可以借助这种方法对鼓式制动器、离合器、变速器或其他零部件等进行类似分析，参数设置方面也可以根据实际情况进行适当设置．参考文献［１］满开美，马 力，邓亚东，等．面向大规模定制的专用车参数化设计系统开发［Ｊ］．机电工程技术，２００４（３）：２７－２８．［２］宋法宝，马 力，佘高翔．基于参数优化的高空作业半挂车轻量化研究［Ｊ］．专用汽车，２００８（９）：４８－５０．［３］赵长勇，张系斌，翟晓鹏．基于ＡＮＳＹＳ参数化语言ＡＰＤＬ的结构优化设计［Ｊ］．山西建筑，２００８（１）：３６２－３６３．［４］潘运平，李文涛．基于ＡＮＳＹＳ的有限元参数化设计理论［Ｊ］．现代制造技术与装备，２００９（１）：２２－２４．［５］彭公浮，席长友．基于ＶＢ控件开发的ＡＮＳＹＳ程序调用方法［Ｊ］．武汉理工大学学报：交通科学与工程版，２００４（２）：２８－３３．［６］张 欢，徐长生．基于ＭＡＴＬＡＢ及参数化建模的起重机桁架式臂架结构优化设计［Ｊ］．武汉理工大学学报：交通科学与工程版，２０１１，３５（１）：２０１－２０４．［７］包家汉，张玉华，薛家国．基于ＡＮＳＹＳ的齿轮参数化建模及其应用［Ｊ］．安徽工业大学学报，２００５（１）：３５－３８．［８］桂树国．基于ＡＮＳＹＳ参数化设计语言ＡＰＤＬ的产品结构优化设计［Ｊ］．安徽职业技术学院，２０１０（７）：９１－９６．［９］李 平，蒋 丹．基于ＡＮＳＹＳ参数化设计语言ＡＰ－ＤＬ对折流板的分析与优化［Ｊ］．东华大学学报：自然科学版，２０１２（５）：５４６－５５１．［１０］葛邵飞，谢晓尧．基于ＡＰＤＬ的桥梁参数化建模方法［Ｊ］．山东理工大学学报：自然科学版，２０１３（６）：１７－２１．Ｄｉｓｃ Ｂｒａｋｅｓ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｂａｓｅｄｏｎ ＡＮＳＹＳ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ ＬａｎｇｕａｇｅＺＨＡＮＧ Ｑｉ １） ＭＡ Ｌｉ ２） ＧＵＯ Ｘｕｅｘｕｎ２） ＺＨＡＮＧ Ｊｉｅ３）（ＧＡＣ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１１４３４，Ｃｈｉｎａ）１）（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）２）（Ｗａｎｘｉａｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１１２１５，Ｃｈｉｎａ）３）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｃ ｂｒａｋｅｓ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｉｓｃ－ｂｒａｋｅ ｓ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＡＮ－ＳＹＳ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｌａｎｇｕａｇｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｌａｓｔ，Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｆｅｍ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａ－ｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｉｓｃ ｂｒａｋｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ；ＡＮＳＹＳ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ；ｂｒａｋｅ·１９６· 第３期张 琪，等：基于ＡＮＳＹＳ参数化设计语言ＡＰＤＬ的盘式制动器强度刚度分析。
基于ANSYSWorkbench的汽车盘式制动器性能分析
基于ANSYSWorkbench的汽车盘式制动器性能分析基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器性能分析引言：随着汽车行业的快速发展和技术的不断进步，制动系统作为汽车安全的重要组成部分之一，其性能分析和优化显得尤为重要。
盘式制动器作为应用广泛的一种制动系统，具有较高的制动效率和稳定性。
本文基于ANSYS Workbench平台，针对汽车盘式制动器的性能进行了详细分析，旨在提高汽车制动系统的制动效果和安全性。
背景：盘式制动器是目前汽车制动系统中使用最广泛的一种制动器。
它由刹车盘、刹车钳、刹车片等组成，通过刹车钳将刹车片夹紧在刹车盘上，利用摩擦产生的阻力来实现制动效果。
然而，盘式制动器在长时间高温工况下容易出现刹车片和刹车盘的热膨胀、磨损、裂纹等问题，严重影响了制动器的性能和安全性。
方法：本文采用ANSYS Workbench软件进行盘式制动器的性能分析。
首先，建立了盘式制动器的三维模型，并导入到ANSYS Workbench平台中。
然后，通过网格划分、材料参数设置、边界条件的设定等步骤对盘式制动器进行预处理。
接着，运用有限元方法对盘式制动器的应力和温度分布进行模拟计算。
最后，通过结果分析和对比，得出有关盘式制动器性能的相关结论。
结果与讨论：通过对盘式制动器进行应力分析，可以得到盘式制动器在工作过程中的应力分布情况。
结果显示，在制动过程中，刹车片对刹车盘施加了大的接触应力，而刹车盘则承受了均匀分布的应力。
这些应力对制动器的磨损和热裂纹等问题具有重要影响。
同时，在温度分析中，可以通过计算刹车片和刹车盘的温度分布情况，了解制动过程中产生的热量。
结果显示，在长时间高温工况下，刹车片和刹车盘的温度会显著升高，造成制动效果下降和刹车系统失灵的风险增加。
结论：通过ANSYS Workbench平台的性能分析，我们可以得到汽车盘式制动器的应力和温度分布情况，找出制动器的潜在问题。
在这基础上，可以采取相应的优化措施，如使用高性能材料、改善制动器散热系统等，以提高制动器的制动效果和安全性。
基于ANSYS的制动盘瞬态热仿真分析
-1
速紧急制动情况下制动盘的性能直接影响着制动 器的工作性能， 其中制动盘的散热性能是评价汽车 盘式制动器的一个重要方面。 影响散热性能的因素 通常与制动盘所采用的材料和结构密切相关。 制动 盘基本采用铸铁材料， 材料的改变不仅会影响制动 盘的材料成本， 还会影响到加工成本， 所以更多考 虑是通过合理的结构设计来提升制动盘的散热能 力。本文通过 ANSYS 软件对通风盘在一次紧急、 持续制动工况下的温度瞬态进行数值模拟， 以分析 制动盘在紧急制动工况下的温度场分布。
热流密度 q(W/m2) 0 1396622 1225812 1055002 884192 713382 542572 371762 200952 30143 0
90
工程技术
3
载荷施加
环境温度定义为 22℃。 将热流密度载荷 q 施加
盘自身的热量的传导问题。
4
计算结果与分析
对车速 100km/h 情况下紧急制动工况进行分析，
[9]
式中： M 为汽车总质量； v0 为汽车制动初速度； v1 为汽车制动结束时刻的速度；g=9.8m/s2；i 为道 路坡度系数；f 为滚动阻力系数，取 f=0.15；s 为制 动距离。 对上式进行求导可以得到制动器的热流密度 总量：
可以表达为: h=0.664Pr1/3Re1/2 式中：Pr 为普朗特系数，Pr=ua/a; ua 为空气黏
现探讨车辆以 100km/h（27.8m/s）的速度进行 匀减速制动， 0 = =0.68，故加速度为-6.8m/s2。 A=π（R22-R12）= π（0.1552-0.1052）=0.041m2。 2.3.2 对流换热系数
图1 通风盘实体模型
基于ANSYS的汽车制动盘模态仿真与优化
w2M jwCK x(w) Fw
（6）
系统阻尼可以取方程（7）所示的比例形式：
C M K
（7）
上式中， 和 为比例常数。由于结构自由度较大，
方程解耦较为困难，利用模态坐标，将耦合方程变为 N 个相
互独立的方程式，可得：
x(w) ΦQ
（8）
式中： = 1，2 N 为各阶模态向量组成的矩阵，
式中：M—质量矩阵；K—刚度矩阵；C—阻尼矩阵；F
—统所受外载荷。
方程（1）为有阻尼的 n 自由度系统的强迫振动微分方
程，阻尼对结构的振型和固有频率影响不大，可以忽略阻尼
的影响，无外力作用时即外载荷 F=0，，故方程（1）可以简
化为：
M x K x 0
（2）
方程的（2）解的一般形式为：
x X e jw t
构进行修改和优化，但其分析精度受建模精度的影响较大，
且具有内部阻尼信息描述不准确等缺点。而试验模态分析具
有分析精度较高，实际被测对象的动态特性描述准确等优点，
但具有试验周期长、资金消耗较大，结构的修改困难等缺点。
鉴于上述两种方法各有优缺点，为提高精度。本文采用
试验模态分析和有限元模态分析相结合的方法，利用试验模 态分析结果修正和检验有限元模型精度[3]。通过修改模态相
称为模态矩阵；Q 为模态坐标值，将方程 （8）代入方程（6）
可得：
w2M jwC K ΦQ F w
（9）
考虑到模态振型的正交性，在式（9）中左右两边同时乘
T ，则可得：
ΦTS CΦr
cs
0,r s ms ks r
s
（10）
式中， cr 称为模态参数于是方程（9）变为：
盘式制动器关键零部件模态分析
1.2盘式制动器的优点盘式制动器与鼓式制动器相比，具备的优点较多。
一是盘式制动器具有较好的热稳定性。
盘式制动器不需要自己增力，因此摩擦表面压力可以均匀分布在衬块上，与鼓式制动器明显不同；二是盘式制动器具有较好的水稳定性。
制动衬块可以将单位压力施加在盘上，且施加的单位压力较高，方便水挤出。
因此盘式制动器即便是在进水状态下，其自身的效能也不会明显降低。
加上衬块对盘的擦拭作用和离心力作用，要想恢复正常只需要在出水后经一次或者两侧的制动即可，而鼓式制动器则需要经过最少十次的制动；三是盘式制动器制动力矩不受汽车运动方向的影响；四是制动衬块上的压力分布较为均匀，因此衬块的磨损也呈现出均匀的特征；五是衬块一旦磨损严重需要更换时，更换操作也较图1盘式制动器的结构图活塞护罩活塞密封圈制动钳体自调螺杆密封圈膜片弹簧支承垫圈驻车制动杠杆护罩自调螺杆膜片弹簧驻车制动杠杆推力球轴承挡片自调螺母螺母扭簧活塞Internal Combustion Engine&Parts为简单；六是制动盘与衬块两者之间的间隙较小，一般在0.05-0.15mm，在间隙较小的情况下可以将制动协调时间明显缩短，由此满足自动调整间隙的需求；七是盘式制动器可以较为容易地构成双回路制动系统，双回路制动系统下可以确保车辆运行的安全性和可靠性[1]。
2构建盘式制动器有限元模型在有限元软件的辅助下构建起了盘式制动器关键零部件的三维物理模型。
其中盘式制动器的关键零部件材料的属性情况如表1所示。
为了确保所构建的三维物理模型与盘式制动器的实际工作情况尽可能相一致，需要将相应的位移约束条件施加在各个零部件上，并对其进行网格划分。
其中制动盘之间D需要设置相对大一点，因为增大制动盘的有效半径可以将制动钳的夹紧力适当降低，进而促使摩擦衬块的单位压力和工作温度降低。
但是实际中轮辋直径会限制制动盘直径D，因此一般情况下轮辋直径的70-79%为制动盘直径D的大小。
并且在汽车质量超过2t的情况下，制动盘直径D需要取上限数值[2]。
基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器性能分析
10.16638/ki.1671-7988.2018.19.013基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器性能分析桑振竹，丁振森，杨行，李浩燃，许豪（长安大学汽车学院，陕西西安710064）摘要：汽车的安全性是汽车设计和制造的第一指标，而汽车的制动可靠性是衡量汽车安全标准的重要因素。
全文基于汽车制动理论，通过CATIA三维建模软件建立制动盘的三维模型，然后根据有限元原理，利用ANSYS Workbench软件平台对影响汽车盘式制动器制动性能的主要因素进行研究和分析，文章主要对制动盘做静力分析和模态分析，结果表明该制动盘的性能基本满足要求。
关键词：制动盘；有限元；结构静力学分析；模态分析中图分类号：U463.5 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)19-37-03Performance analysis of automobile disc brake based on ANSYS WorkbenchSang Zhenzhu, Ding Zhensen, Yang Hang, Li Haoran, Xu Hao（Chang'an University school of automobile, Shaanxi Xi'an 710064）Abstract:The safety of a car is the first index of automobile design and manufacture, and the reliability of automobile braking performance is the most important factor to measure the automobile safety standard. The full text is based on the theory of automobile braking, firstly, a three-dimensional model of frame was established in CA TIA. Then, based on the finite element principle, the structural static analysis and modal analysis was done by using the ANSYS Workbench software. The results show that the performance of the brake disc meets the requirements basically.Keywords: Brake disc; Finite element method; Structural static analysis; Modal analysisCLC NO.: U463.5 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)19-37-03引言本文以盘式制动器为研究对象，在CA TIA中建立三维模型并导入ANSYS Workbench中，对其零部件进行了强度及模态分析，得出了零部件所受的最大应力、固有频率及振型[1]。
基于ANSYS汽车盘式制动器温度场和热应力数值模拟
ＵＵ Ｙｉ ｎ ｇ ， Ｈ Ｕ Ｙｕ — ｙ ｏ ｎ ｇ ， Ｒ Ｅ Ｎ Ｑ ｉ － ｆ ｅ ｎ ｇ ， Ｃ ＡＯ Ｓ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ — ｓ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ， Ｓ Ｏ ＮＧ Ｔ ａ ｏ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ３ ３ ０ ０ ３ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
显示 ： 热应力呈现交变应力状态且幅值较大 ， 摩擦 区周 向应力 明显大于径 向应力 ， 制动盘 凸台连接处应力很大。 关键词 ： 制动器 ； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ； 温度场 ； 热应力 ； 间接耦合法
中图 分 类 号 ： Ｕ ４ ６ ３ ． ５ １ ２ 文献标志码 ： Ａ
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｔｅ ｍ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ ａ ｎ ｄ Ｔｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｆ ｏ ｒ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｄｉ ｓ ｃ Ｂｒ ａ ｋ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳ Ｙ Ｓ
ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ， ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ
基于ANSYS_Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化设计及实践
基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化设计及实践许锐1，哈菲2，史楠21.西安华雷船舶实业有限公司 陕西西安 7100002.西安汽车职业大学 陕西西安 710605摘要：以汽车原鼓式制动器为研究对象，采用ANSYS Workbench软件对其进行盘式制动器轻量化设计与优化。
通过研究得出以下结论：盘式制动器在制动性能、散热能力和整体轻量化方面相对于鼓式制动器具有更大的优势。
因此，将鼓式制动器改为轻量化的盘式制动器是一种可行且有效的设计方案。
关键词：ANSYS Workbench；盘式制动器；轻量化设计；仿真分析随着汽车工业的发展，人们对汽车的安全性和性能表现要求越来越高。
制动系统作为汽车安全性能的重要组成部分，其性能直接关系到汽车的制动效果和行车安全。
鼓式制动器是汽车上常见的制动器类型，但由于其结构的限制，存在一些问题，如制动效果稳定性差、散热能力不足及质量大等。
盘式制动器相比于鼓式制动器具有更好的制动性能、散热能力和轻量化特性，因此在现代汽车上得到了广泛应用。
本文旨在将汽车鼓式制动器改为更轻量化的盘式制动器，以提升制动系统的性能和轻量化设计。
首先对鼓式制动器的工作原理和结构进行了分析，找出存在的问题和不足之处。
然后，基于盘式制动器的原理和结构特点，对鼓式制动器进行改进和优化设计。
在设计过程中，充分考虑了制动力、散热能力和轻量化等因素，并利用ANSYS Workbench软件进行了仿真分析。
通过仿真分析，优化了盘式制动器的结构参数，在理论上证明了设计方案的可行性。
最后，通过实践验证，对轻量化盘式制动器的性能进行了实际测试，并与鼓式制动器进行了对比评估。
ANSYS Workbench软件的分析流程ANSYS Workbench的分析流程包括以下几个步骤：首先是初步确定，即根据需要确定所要进行的分析类型和需要考虑的影响因素；其次进行前处理，包括几何建模、网格划分和载荷条件的设置等；第三是求解，使用适当的数值方法进行计算，得出结果；最后是后处理，对计算结果进行可视化和分析，以获取所需的工程信息，如图1所示。
基于ANSYS的盘式制动器的有限元分析(应力)
基于ANSYS的盘式制动器的有限元分析（应力）采用其他三维模型进行盘式制动器的三维模型建立，如下图，通过ANSYS如三维模型的几何接口将模型导入至ANSYS中。
制动盘和摩擦片的材料参数论文中，如下图所示采用solid185单元类型，并采用六面体网格划分，有限元网格模型如下所示，其中网格总数为49261，节点总数为44499。
制动盘和摩擦片之间采用摩擦接触，摩擦系数为0.38根据力矩平衡方程求解制动器的制动力矩约为826N·m，继而求出单片摩擦片上均布压力约为4.9MPa，切向摩擦力约为5520N将均布压力施加在2片摩擦片上，并在垂直于制动盘的摩擦片表面施加法向载荷，用来表示切向摩擦力对制动盘的作用，加载情况如下图所示。
在上述工况载荷下，制动器的位移云图，和应力云图如下图所示。
其中最大等效应力为46.74MPa，发生在制动盘上。
制动盘和摩擦片单独的应力云图如下，综上可知，在压应力和摩擦应力共同作用下，等下应力最大位置出现在制动盘受压区域，在远离该区域作用区域，结构应力很小，几乎没有。
同时还可以从制动盘单独的应力云图上可以看出，应力场在制动盘转动的方向出现一条明显的应力尾迹，在10MPa左右。
盘式制动器的有限元分析（温度）采用瞬态热分析进行制动器的温度分析，摩擦热通过热流密度进行加载，计算公式如下所示。
单元类型采用solid70，因为将摩擦热等效为热流密度输入，所以只需要建立制动器模型即可。
采用六面体进行网格划分，网格总数为47511，节点总数为39759。
为制动半径为转速为压力为摩擦系数其中：r w p time t v v p pv r p q *w 00μμμμ⎪⎭⎫ ⎝⎛-===制动盘初始温度设置为20°，热流密度通过函数加载，在摩擦片与制动盘接触区域进行加载，制动盘与空气之间的换热通过对流换热系数来表示。
同时设置环境温度为20°紧急制动工况下制动初速度为100 km／h，制动时间3 s，制动0.48s和3s时的温度云图如下所示从上述云图可以看出，整个制动过程中，制动盘外径的温度最高，随着时间推移，最大温度向中心移动，高温区域增大，呈现最大温度环带。
基于ansys的盘式制动器结构的强度分析和优化
姓名：王瑜斌 学号：14721631
指导老师：胡小梅
汽车的制动器作为汽车的重要部件，其制动的性能 好坏直接影响到汽车行驶的安全性。在这里通过有限元 技术对盘式制动器的钳体和制动盘进行强度分析和模态 分析，并进行相应的优化研究。
盘式制动器
定钳盘式制动器的工作原理
应力分析：
将有限元模型导入ANSYS中进行有限元分析。得到制动 钳体的应力云图如图所示，最大的应力值为123.816MPa， 出现在钳体的四个螺栓连接处，而最大应力出现在此处的 原因也是孔的应力集中。
应力最大处
制动钳体应力云图
应力分析：
制动盘的应力云图，从图中可以看出制动盘的最大应 力13.7039MPa，出现在摩擦衬块和制动盘的接触地方。
模态分析
盘式制动器的实际模型与理论模型之间 存在差异,所以在进行分析时,做出一系列假 设:
(l)假设盘式制动器的材料是均匀的各向同性 材料; (2)不考虑制动过程中温度变化对材料性能的 影响; (3)不考虑制动器组成部分之间的影响
模态分析
对制动盘和制动钳体进行模态分析可以得到他们 的固有频率和模态振型。
三维模型
制动钳体
摩擦衬块
制动盘
采用四面体单元对盘式制动器的内外制动钳体和 摩擦衬块底板，摩擦衬块划分网格,对活塞和制动盘 采用六面体单元类型划分网格。
制动盘材料参数
制动盘参数设置包括各个部件的材料、密度、 弹性模量和泊松比，如表1所示。
边界条件的设置：
边界条件包括载荷和约束的设置，通过对制动盘的结构， 工作原理，受力分析进行载荷约束设置：
制动钳的第4阶模态
制动盘的第10阶模态图
对制动盘和制动钳体进行自由模态分析，运用ANSYS 软件的Block Lanczos模态分析方法，计算提取11阶模态， 结果如表所示。
基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化研究
研兗・开发基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化研究！口华逢志口王东方口缪小冬口洪涛南京工业大学机械与动力工程学院南京211800摘要：以小型轿车前轮盘式制动器为研究对象，基于ANSYS Workbench软件进行轻量化研究。
在研究中，建立了钳体和支架的有限元模型，并进行静力结构分析。
分析结果表明，钳体和支架的刚度、强度满足要求。
对钳体进行轻量化设计，采用低密度、高强度的铸造铝合金材料再次进行静力结构分析。
分析结果表明，钳体的刚度、强度仍然在可控范围内，且钳体的质量减小至原来的37%。
对钳体和支架进行模态分析，确认轻量化后钳体的模态频率有很大提高，降低了制动系统共振的可能性。
关键词：汽车盘式制动器轻量化软件中图分类号：TH6：8463.51y2文献标志码：A文章编号$1000-4998(2020)09-0040-05Abstrac,:Taking thx front wheel disk brake of a smal t cor as thx resevrch object%lightweight study was performed based on ANSYS Workbench software.In thx study,thx finite element modets of thx clamp body and thx bracket were established,and thx static strncturat analysis was carried out.Thx analysis results show that thx rigidity and strength of thx clamp body and thx bracket con meet thx requiremenW.During thx lightweight design of thx clamp body,low-density and high-strength cosi aluminum toy material was adopted while its static structure was analyzed again.Thx analysis results show that thx stiOncs and strength of thx clamp body are still within thx controllable range,and thx mass of thx clamp body is reduced to37%.Thx modal analysis of thx clamp body and thx bracket conarms that thx modal frequence of thx clamp body has been greatly improved after lightweight design,which reduces thx possibility of resonance of thx brake system.Keywordt:Automobile Dist Brake Lightweight Softwarr1研究背景目前，国内外大力提倡节约能源和保护环境的生活、生产方式,汽车轻量化技术是汽车行业发展的一个主流方向&研究结果表明，如果使一辆轿车的质量减轻10%，那么它的经济性将提高3%-4%，与此同时，汽车的废气排放量会相应降低，从而减轻对环境的污染(1)&汽车制动器是汽车制动系统的重要组成部分，在汽车的安全行驶过程中扮演重要角色，其性能优劣直接影响汽车的整体安全性能&汽车制动器主要分为盘式制动器和鼓式制动器&盘式制动器由于具有散热性佳、反应灵敏、制动力线性等优点，逐渐受到国内外汽车制造商的青睐，被广泛应用于汽车制动系统中&可见，对汽车盘式制动器进行轻量化设计，具有十分重要的意义&汽车轻量化的关键在于底盘零部件的铝合金化&铝合金材料是目前车用金属材料中密度较低的轻金属材料，约为钢铁的1/3&铝合金材料来源广泛，因而成为汽车轻量化、提高节能性和环保性的首选材料&以铝代钢是当前汽车轻量化的重要途径(2)&铝具有良好的导电、导热性能，通过铸造、锻造和冲压工艺，可以将铝合金制造成各种汽车零部件⑶&采用全铝车身的福特新车型，车身质量相比金牛座减轻了52.7%，并提高了燃油经济性(4)&本田Insight的底盘燃料油箱、前悬臂、前制动钳、后轮鼓式制动器等大部分零部件都采用了铝合金⑸。
基于ANSYS Workbench的盘式制动器主要零件静力分析
基于ANSYS Workbench的盘式制动器主要零件静力分析盘式制动器的主要零件的强度和刚度直接决定了制动系统是否有足够的可靠性，是满足汽车安全的最重要指标。
本文利用ANSYS Workbench，对盘式制动器主要零件进行结构静力学分析，对强度和刚度进行验证。
标签：有限元；静力分析；刚度；强度1.静力学方程结构静力学分析通常用来分析在给定静力载荷作用下的响应。
通常情况下，一般研究的是结构的位移、约束反力、应力以及应变等参数。
忽略阻尼和惯性对系统的影响，假设结构的加载和响应随时间变化不大，利用ANSYS Workbench中自带的Mechanical模块设置结构静力分析选项，然后运用ANSYS求解器进行求解计算。
一般的，静力学分析方程为：[K]{u}={F}其中，[K]是刚度矩阵，{u}是位移矢量，{F}是静载荷。
在分析中，不考虑动载荷对系统的影响，忽略阻尼和惯性。
假设材料为弹性材料，结构总体变形可忽略不计，那么[K]即为常量。
在对结构静力学进行分析时，通常采取的步骤为：建立分析系统、定义材料基本参数和属性、建立几何模型、明确连接关系、进行网格划分、施加载荷和约束、进行求解和后处理。
2.初始参数和有限元模型的建立在建立有限元模型之前，要先定义各部分之间的接触关系，这些关系包括：制动钳体与油缸、制动钳体与支架、油缸与摩擦片、制动卡钳与摩擦片、制动盘两侧与两个摩擦片。
经由计算可得，油缸底面的载荷为 1.7MPa，制动盘体表面施加压力为25MPa。
给制动器端面和中心孔施加全约束。
盘式制动器主要零件参数见上表。
利用Pro/E软件进行建模，再导入ANSYS Workbench中。
3.主要零件静力学分析结果（1）油缸。
在ANSYS Workbench平台建立静力学分析模块，然后导入油虹的有限元静力学模型，并对其进行网格划分。
材料属性为结构钢，弹性模量为2. 1E11，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3。
ANSYS Workbench基础上的汽车盘式制动器性能
ANSYS Workbench基础上的汽车盘式制动器性能【摘要】在汽车设计和制造中，汽车的制动性能可靠性是衡量汽车安全的重要标志，为了有效分析汽车盘式制动器性能，本文主要利用ANSYS Workbench 软件平台来分析影响汽车盘式制动性能。
【关键词】汽车盘式制动器；制动性能；ANSYS Workbench软件分析盘式制动器的结构及评价指标，采用有限元方法进行盘式制动器主要零件的静力分析和制动器热力学分析，从而得出影响盘式制动性能的主要因素有零部件的强度、制动振动及制动热传导等。
1盘式制动器结构组成及性能评价根据结构的不同，汽车盘式制动器主要分为全盘式、钳盘式等两种，其主要由制动器钳体、制动主缸、制动盘、摩擦片及制动钳支架等多个零部件组成。
针对汽车盘式制动性能评价指标，由于汽车的制动性能是确保汽车安全的关键，因此，大多数国家对汽车盘式制动的性能都做出了严格的规定，包括制动距离与制动减速度的效能、制动效能恒定性及进行制动时汽车行驶方向的稳定性等。
因此，根据制动器制动性能的评价指标，可以得出影响汽车制动性能的影响因素主要包制动效能、制动距离与制动减速度等。
2盘式制动器主要零件的结构静力学分析由于盘式制动器部件的强度和刚度关系到制动系统的可靠性，因此，利用有限元分析软件ANSYS Workbench模块对盘式制动器中的制动盘、钳体、摩擦片等进行结构静力学分析，通过结构静力学分析，则可以确定出结构加载的应力及位移，其静力分析方程为：[K]={μ}={F}，其中[K]代表刚度矩阵，{μ}代表位移矢量，{F}代表静力载荷，在静力分析中，一般不考虑动载荷的影响。
一般情况下，结构静力学的分析方法和步骤主要包括创建分析系统；在工程数据Engineering Data中定义材料属性；创建几何模型；零件定义；连接关系定义；建立有限元模型；施加载荷数据和约束；设置求解选项，并求解；数据显示和动画演示处理等步骤。
3制动器热力学分析在制动器设计过程中，制动器的热力学分析发挥着重要作用，为了全面分析制动盘、摩擦片工作时的热传导状态，可以利用ANSYS Workbench的热分析模块来对其进行瞬态热的分析。
基于ANSYS的汽车制动盘温度场仿真分析
基于ANSYS的汽车制动盘温度场仿真分析赵文杰;吴涛;徐延海;孙泽海【摘要】以热分析理论为基础,使用有限元软件ANSYS建立乘用车普遍使用的通风式制动盘模型.在此基础上,模拟分析了紧急制动和持续制动工况下制动盘的瞬态温度场分布,得到了制动盘外部及其内部散热筋板的温度场、温度变化分布以及内外温度梯度的变化,为制动器的设计提供了较好的理论基础,也为判断制动器是否失效提供了依据.%In this paper, the finite element model for ventilated brake disc is developed based on the theory of finite element meth-od by using the modeling capability of finite element software ANSYS. From the simulation analysis of the emergency braking and the continued braking condition, the transient temperature field distribution, temperature distribution and temperature gradient in the external and internal cooling ribs of the brake disc are obtained. The numerical results can give some theoretical basis and judgment for the design and failure of the brake disc.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】4页(P31-34)【关键词】有限元法;热分析;制动盘;仿真【作者】赵文杰;吴涛;徐延海;孙泽海【作者单位】西华大学交通与汽车工程学院,四川成都610039;西华大学交通与汽车工程学院,四川成都610039;西华大学交通与汽车工程学院,四川成都610039;西华大学交通与汽车工程学院,四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】TH132.41随着道路条件的不断改善，为了提高汽车的运输效率，需要提高车速和增大承载量。
基于ANSYS的FSEC赛车制动盘仿真分析
基于ANSYS的FSEC赛车制动盘仿真分析钟兴华;阳林;李金畅;骆文星;杨凯明【摘要】在中国大学生方程式汽车大赛中,赛车制动系统能否高效可靠的工作直接影响到比赛车手的人身安全和比赛的最终成绩,因此设计出满足性能要求的制动系统变得尤其重要.文章基于中国大学生方程式汽车大赛规则及赛车性能需求,应用ANSYS软件对在紧急制动工况下的赛车制动盘进行结构分析与热荷仿真分析,并对其进行优化,优化后的仿真结果显示此次赛车制动盘选型成功.本次研究对大学生方程式赛车制动系统设计具有一定指导意义.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)022【总页数】4页(P84-87)【关键词】赛车;制动盘;仿真与优化;ANSYS【作者】钟兴华;阳林;李金畅;骆文星;杨凯明【作者单位】广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】U463.5中国于2015年正式启动大学生电动方程式汽车大赛(简称FSEC)。
在FSEC赛车中，制动系统不仅是车手与赛车的安全保障，也是赛车操纵稳定性得以发挥的前提条件，因此，设计制造出性能优异的制动系统是安全与整车性能的需要[1]。
以中国大学生方程式汽车大赛为背景，依托广东工业大学电动赛车研发项目设计赛车制动系统，并对其制动工况进行仿真分析，验证制动系统的可靠性。
盘式制动器分为固定盘式制动器和浮动盘式制动器。
固定盘式制动器制动时，制动卡钳和制动盘都是不能轴向移动和径向移动，这样有可能导致制动片和制动盘的接触不够充分，从而影响制动性能。
而浮动盘式制动器在制动时可以产生小的轴向和径向移动，靠制动盘或制动卡钳一定浮动量来保证制动摩擦片与制动盘完全的夹持，以获得最佳的制动效果。
基于ANSYS的高速列车制动盘数值模拟的开题报告
基于ANSYS的高速列车制动盘数值模拟的开题报告一、选题背景及意义高速列车的制动系统是列车运行安全的重要保障之一。
其中制动盘是承担制动载荷的核心部件。
目前，列车制动盘的材料主要为灰铸铁和复合材料等。
灰铸铁具有良好的导热性能和抗热疲劳性能，但是低温环境下易产生裂纹现象；复合材料具有良好的抗热疲劳性能和高温强度，但导热性能相对较差，容易发生过度加热烧损。
因此，制动盘的选择及其性能研究一直是车辆制造业和轨道交通研究的热点和难点。
本文拟采用ANSYS有限元软件，建立高速列车制动盘的数值模型，探究制动盘的制动性能和温度分布。
二、研究内容1.根据制动盘的实际形状和材料参数，建立高速列车制动盘的三维有限元模型。
2.通过ANSYS软件进行数值模拟，分析制动盘的受力和温度分布情况，研究制动盘的制动性能和热稳定性能。
3.探究制动盘材料、结构参数对制动性能和温度分布的影响。
4.对比分析不同材料和结构的制动盘性能，提出优化建议。
三、研究方法和技术路线1.采用SolidWorks等软件绘制制动盘的三维实体模型，确定其几何、材料等参数。
2.在ANSYS中建立三维有限元模型，进行制动盘的受力分析和传热分析。
3.结合实验室试验数据，对模拟结果进行验证和校准。
4.进行参数敏感性分析，优选制动盘的材料和结构参数。
5.在优化后的制动盘模型上进行数值模拟，得到最终模拟结果。
四、研究进度安排1.完成文献综述和选题所需的材料收集，制定研究计划和研究方案。
2.建立制动盘的三维有限元模型，进行数值模拟，研究材料和结构参数对制动性能和温度分布的影响。
3.进行参数敏感性分析，提出优化建议，对制动盘进行优化设计。
4.优化后的制动盘进行数值模拟，得到最终结果，并对其进行分析和总结。
五、预期研究结果通过本次研究，能够分析不同材料和结构的制动盘的性能差异，提出制动盘优化设计方案，为列车制造业和轨道交通领域提供参考。
同时，掌握使用ANSYS软件进行有限元数值模拟的技术方法，提高科研人员的相关技能。
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。 一
（ ｂ ）第二阶振型｝ 匕 较
４
的模 态分 析方便 。充 分说 明 了运 用键 合 图理 论 进行 模态 分析 的优 点 。
３ 结
论
利用键合图理论和方法 ， 建立系统的状态空间方 程， 可简化 物理 系统 建 模 和 自动化 仿 真 ， 通 过 求 解 矩
阵 的特征 值 和特征 向量 ， 可快 速得 到系统 的模 态 。算 例分 析说 明 了该 方 法 的正 确性 ， 因此 ， 借 助键合 图 ， 模
［ ４ ］ 卡诺谱 Ｄ Ｃ， 罗森堡 Ｒ Ｃ， 张志伟． 系统 动力学—— 应 用键合 图
图 ４ 三 阶振 型 比较
根据前 面 的计算 ， 应用 牛顿 定律 时则 要求解 一元 高次 方程 和方 根 ， 且 速度模 态 和应变 模态 各有
方法 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 机械工业出版社 ， １ ９ ８ ５ ． ［ ５ ］ 王艾伦 ，赵振字 ． 基于键 合图方法 的 自由界 面模态综合 法及其 应用 ［ Ｊ ］ ． 振动、 测试 与诊断 ， ２ ０ ０ ４ ， ２ ４（ ２ ） ： ８ ７ — ９ １ ．
（ 上 接 第 ６页 ）
阶 的 固有频 率很 相 近 ， 振 型 只是 相 对 中心 轴 ， 旋 转 一 定 的角度 ， 呈 现明显 的对 称特征 。但 是整 体表 现为 制
动盘 端面跳 动 为主 ， 端 面 跳 动会 引起 法 向力 的 波 动 ，
Ｊ ｕ ｒ ｇ ｅ ｎ Ｈｅ ｉ ｌ ｉ ｇ ，Ｊ ｒ ｇ Ｗａ ｕ ｅ ｒ ． Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ Ｎｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｂ ｒ ａ ｋ ｅ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｔ
５ 结
语
在建 立制 动盘 实体模 型 和有 限元模 型 的基 础 上 ， 对制 动盘 进行 自由模 态 分析 和约束 模态 分析 ， 计算 了 前六 阶的 固有 频率 和 振 型 ， 找 到 了其 薄 弱 模 态 ， 即存
在严 重 的端 面跳动 ， 影 响制动 力及 制动摩 擦 系数 。设
计 时应 注意其 变化 趋 势 ， 避 免 被激 励 ， 引起 整 个 系 统 的强烈振 动 ， 影 响制动摩 擦 系数 ， 引发各 种制 动事 故 。
为 盘式 制动器 的优 化设 Fra bibliotek提供 了一定 的理论 参考 。
参 考 文献 ：
［ １ ］ Ｊ ａ ｃ ｏ ｂ ｓ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｈ ． Ｄ ｉ ｓ ｋ Ｂ ｒ ａ ｋ ｅ Ｊ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ Ｄ ｉ ｓ ｋ
科设计优化研究 ［ Ｊ ］ ． 航空动力学报 ， ２ ０ １ ０ ， ２ ５ （ ３ ）： ６ １ ７ — ６ ２ ２ ． 李龙飞 ，王省哲． 旋 转薄圆盘 的行波动 力学特性 分析 ［ Ｊ ］ ． 力 学
季刊 ， ２ ０ ０ ７， ２ ８ （ ４ ） ： ６ ３ １ — ６ ３ ７ ．
Ｃｒ ｏ ｆ ｔ Ｄ Ｒ ，Ｌ ｉ ｌ ｌ ｅ ｙ Ｄ Ｇ． Ｈｅ ｔ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ Ｃａ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ －
Ｈ ｉ ｇ ｈ Ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｓ ［ Ｊ ］ ． Ｔ ｉ ｒ ｂ ｏ ｌ Ｌ ｅ ｔ ｔ ， ２ ０ １ ０（ ６ ）： ２ ６ — ３ １ ．
Ｄａ ｎ ｉ ｅ ｌ Ｈｏ ｃ ｈ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｔ ．Ｎｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ Ｄｉ ｓ ｋ Ｂｒ ａ ｋ ｅ
Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ［ Ｊ ］ ． Ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ Ｄ ｙ ｎ ， ２ ０ ０ ９ （ ５ ８ ） ： ６ ３ — ７ ３ ．
进而 引起 摩擦 系数 的波 动 ， 最终 影 响制动 性 ＿ ４ Ｊ 。
张立军． 汽车盘式制 动器摩擦 一 振 动耦合特性 试验研 究［ Ｊ ］ ． 摩 擦学学报 ， ２ ０ ０ ８ ， ２ ８ （ ５ ） ： ４ ８ １ — ４ ８ ４ ． 杨俊杰 ，王荣桥 ，樊 江 ，等． 涡轮 叶片的气动 一 热一 结 构多学
Ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｐ Ｍ ｉ Ｍ Ｆ ｉ ｒ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ［ Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ
Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ． ２ ０ ０ ３ ， ２ １ ７ （ ５ ） ： ３ ２ ５ — ３ ４ ２ ．
态分析理论和方法可推广 到复杂机 、 电、 液系统的多
能量 域 中。
Ｓ
参 考文献 ：
［ １ ］ 倪振华． 振动力学［ Ｍ］ ． 西安 ： 西安交通大学出版社 ， １ ９ ８ ９ ．
（ ｃ ）第三阶振型比 较
［ ２ ］ 薛 晓鹏 ， 樊久铭． 基于拉 格朗 日键合图梁一 多 自由度耦合系统模 态分析 ［ Ｊ ］ ． 应用力学学报 ， ２ ０ １ ０， ２ ７（ ２ ） ： ２ ３ ９ — ２ ４ ２ ． ［ ３ ］ 王 中双 ， 高永革． 基 于键合 图理论 的系统状 态方 程的转化 方法 ［ Ｊ ］ ． 机械科学 与技术 ， １ ９ ９ ９， １ ８ （ １ ） ： ５ ４ — ５ ６ ．
研究与分析
泛应 用于 复杂 机 电系统 中的机 、 电、 磁、 液 等 系统 中。
２ ０ １ ４ 年 第３ 期（ 第２ ７ 卷， 总 第１ ３ １ 期 ）・ 机械 研究 与应 用 ・
一
套 公式 ， 过程 较复 杂 ， 没 有 键 合 图理 论 运 用 于 系统
一
（ ａ ）第一阶振型比 较