汽车盘式制动器摩擦振动耦合特性试验研究

合集下载

实验技术-汽车制动盘固有频率实验

【实验技术】汽车制动盘固有频率实验0 引言制动系统是汽车安全驾乘中重要的组成部分。

盘式制动器广泛应用在汽车、列车等车辆和其他机械设备上。

汽车制动盘作为盘式制动器系统中的关键零部件之一，汽车在制动时通过制动盘与制动块之间的摩擦作用使汽车减速或停止，其设计不合理将导致汽车制动过程中产生制动振动或噪声，影响乘坐舒适性。

通过力锤激励获取制动盘的固有频率，进行产品结构优化设计，避免发生共振现象。

图1 力锤激励制动盘实验1 实验目的通过力锤激励制动盘，加速度计拾取振动响应，获得制动盘固有频率。

2 参考标准（1）行业或企业标准等。

3 实验场地上海工程技术大学模态实验室。

4 数据采集分析系统（1）西门子TestLab数据采集分析系统：最大采样率为204.8KHz；总体动态范围≥150dB，任意通道间干扰≥-120dB；每通道最大分析带宽不低于90kHz；输入幅值精度优于0.2%@1kHz，相位匹配：优于0.2°@1kHz。

（2）B&K单向振动传感器：4507B 001，灵敏度10mV/g，量程±700g pk，频响范围0.1to6000Hz，温度范围-54 to 121℃，质量4.8g。

（3）PCB力锤：086C03，灵敏度2.25mV/N，量程±2224N(pk)。

（4）其它设备：辅材等。

5 实验布置（1）轴向方向测试，振动传感器的粘贴如图2所示，制动盘置于海绵上。

图2 轴向实验布置（2）径向方向测试，振动传感器的粘贴如图3所示，制动盘置于海绵上。

图3 径向实验布置（3）切向方向测试，振动传感器的粘贴如图4所示，振动传感器粘贴在一铝块上，铝块粘贴在制动盘上，力锤激励铝块施加切向力，制动盘置于海绵上。

图4 切向实验布置6 实验采集参数设置振动和力数据采集参数按标准或企业要求设置：（1）带宽6400Hz，采样频率12800Hz；（2）频率分辨率1Hz；（3）以力信号为参考计算传递的频响函数（FRF）。

盘式制动器热弹性耦合分析

第20卷第3期烟台大学学报(自然科学与工程版)Vol .20No .32007年7月Journa l of Y antai University (Na tural Science and Enginee ring Editi on)Jul .2007 文章编号:1004-8820(2007)03-0215-07 收稿日期65 作者简介葛振亮(8),男,山东莱芜人,硕士研究生,主要研究方向汽车技术;通讯联系人吴永根,教授,博士盘式制动器热弹性耦合分析葛振亮,吴永根,袁春静(烟台大学机电汽车工程学院,山东烟台264005)摘　要:探讨了汽车盘式制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性问题及其分析方法.利用有限元分析软件ANSY S 8.1建立盘式制动器热弹性耦合分析的三维有限元模型,确定对模型求解的边界条件、载荷步及模拟工况,研究进行制动器热弹性耦合分析的过程,通过仿真计算得到制动器工作过程中制动盘瞬态温度场、应力场等重要信息.关键词:盘式制动器;热弹性耦合;有限元方法;瞬态温度场;瞬态应力场中图分类号:U463.51 文献标识码:A 制动器的摩擦热问题现已成为一个很重要的课题.由于高温导致的热应力引发表面裂纹、翘曲等一系列的问题,若在高速情况下还将会出现热弹性失稳(ther mo 2elastic instability,TE I ).制动器的热变形、热衰退以及热弹性失稳,是一种典型的热弹性耦合问题.Ba r be r [1,2]提出摩擦系统中摩擦热导致的热机械失稳机理,并用实验的方法研究了火车制动器上产生的热点.B urton 等[3]用per 2turbati on 方法研究了两个摩擦面接触的稳定性问题,这种方法已应用在其他几何体的热弹性稳定的问题中.Zagr odzki [4,5]从定性和定量2个方面对制动器工作过程中接触摩擦生热、瞬态温度场、对偶件的变形和应力及接触压力分布等制动器热弹性耦合分析的基本问题进行了较为广泛的研究.A.J.D ay [6,7]、Kennedy&L ing [8]、Cho&Ahn [9]、J i 2Hoon Choi&I n Lee [10,11]等人都建立了相应的盘式制动器有限元模型对此类问题进行研究.本文在理论分析的基础上,应用有限元分析软件ANSYS 8.1对汽车盘式制动器进行热弹性耦合瞬态有限元仿真分析,为制动器的材料选择、结构设计以及摩擦磨损计算提供理论依据,并对制动振动和噪声的研究有很好的工程应用价值和理论指导意义.1　盘式制动器热弹性耦合问题的有限元分析方法制动器的热弹性耦合属于摩擦系统的热弹性接触问题,是一种典型的多物理场非线性耦合问题.进行热弹性耦合分析时,温度场与应力场相互作用的非线性程度不是很高,适于采用顺序耦合法.首先进行摩擦生热引起的热传导分析,确定两个相互滑摩物体中的温度场;然后进行物体的热膨胀分析,确定物体热变形;最后求解等温接触问题,确定变形了的物体边界所产生的应力场[13].这三个方面相互耦合、互为因果,整个计算过程是迭代进行的,如图1所示.1.1　摩擦生热问题的有限元分析方法建立盘式制动器摩擦生热模型,确定引起温度场变化的热量及其产生方式.通过将相对运动产生的单位体积热流密度Q =μP ωr (μ是摩擦系数,P 是接触压力,ω是制动角速度,r 制动盘径向坐标)项加到稳态热传导有限元方程式,得到摩擦生热瞬态温度场有限元方程式.:200-04-0:191-:CA E :.烟台大学学报(自然科学与工程版)第20卷　图1　制动器热弹性耦合问题有有限元分析模型F i g.1　F inite element analysis model of the r mo2mechanicalcoupling problem of aut o mobile brakes1.2　力场和温度场共同作用下制动器有限元方程汽车制动过程中,制动盘片处在力场和温度场的共同作用下,按照弹性力学结构分析方法,建立制动器在机械载荷和因温度场变化引起的载荷共同作用下应力与变形的有限元方程Kδ=P+P T,(1)其中,K为总刚度矩阵,P为机械载荷,PT为温度变化引起的载荷.根据叠加原理求解该方程,可求得节点位移δ,即为外力与温度共同作用下的结构变形[13].1.3　接触问题的算法制动器的热弹性耦合分析不同于一般的热弹性耦合分析之处在于必须考虑盘片的接触问题.当前接触问题的分析方法比较成熟的是接触约束算法,它主要是从变分原理出发将以上问题代入泛函中,并求出最后的控制方程.接触约束算法就是通过对接触边界约束条件的适当处理,将约束优化问题转化为无约束优化问题求解.根据无约束优化方法的不同,一般可分为罚函数方法、La2 gr ange乘子法、增广Lagr ange法和直接约束法等.在数值求解过程中增广L法比其他各种方法效率更高,故本文采用增广L法2　盘式制动器热弹性耦合问题的有　限元分析模型2.1　盘式制动器有限元模型建立盘式制动器的有限元模型,对其在制动过程中的瞬态温度场和应力场进行分析.因制动盘为对称结构,本文取盘体一侧作为研究对象.根据顺序耦合场的需要,建模时分别选择结构单元和热单元对模型进行网格划分.采用节点复制的方法使结构单元的节点与热单元的节点重合,从而减少节点总数,提高计算效率.盘式制动器有限元模型如图2所示.与过去的盘式制动器有限元模型相比[9-11],本文所采用的模型有如下几方面的特点:(1)考虑到制动器的温度分布在轴向和周向的不均匀性,建立盘式制动器的三维模型.(2)所建立的模型不仅能用于温度场分析,而且还能用于应力场分析.(3)建立20个梁单元,通过梁带制动盘转动,更真实地模拟制动器的工作情况.图2　盘式制动器有限元模型F ig.2　Finite e l em ent model of disc brake整个盘式制动器的ANSYS结构模型由两组实体单元组成,单元总数为1995;热模型由两组相应数目的热单元组成;接触模型选取制动盘摩擦面为目标面,单元数为560,摩擦片摩擦面为接触面,单元数为105.2.2　边界条件2.2.1　位移边界条件　制动盘与其他零件相接的圆周面上施加z轴方向的固定约束;制动盘初始转动的载荷步中,在中心节点上施加微小时间内的角位移;摩擦片上施加x、y轴个方向的固定约束612agrangeagr ange.2 .　第3期葛振亮,等:盘式制动器热弹性耦合分析2.2.2　热边界条件　由于制动摩擦作用,在制动盘和摩擦片之间产生大量的热,导致制动器和外部空间之间存在温差,施加对流换热和热辐射边界条件.对流换热边界条件的表达式为[12]h=0.70(kaD)Re0.55,(2)其中,ka为空气的导热系数;D为制动盘的外径;Re为雷诺数(Re=Vρa Lc/ua,V为车辆速度,ρa为空气密度,L c为特征长度,u a为空气粘度).当Re>2.4×105时,气流的特征将变为紊流,而换热系数可表示为[12]h=0.04(kaD)R e0.8.(3) 热辐射边界条件的表达式为[12]q R=σA(T4d-T4∞),(4)其中,T∞为周围空气温度;Td为制动盘温度;σ为斯特芬-玻尔兹曼常数,σ=5.669×10-8W/m2 K.在紧急制动分析过程中,热辐射导致的温度场变化很小,几乎可以忽略不计.制动盘和摩擦片的接触面上需要满足温度连续、法向位移连续等条件.由于采用力加载方式,法向位移的连续性可自动满足,为保证接触节点处温度场的连续性,设定接触热传导系数为25000W/m2K.2.3　材料物性参数表1、表2分别给出了制动器各个组件的几何参数和材料的物性参数.盘、片材料为各向同性材料,由于单次紧急制动时间较短,材料热物性参数不随温度变化.摩擦系数为温度、压力、线速度及工作环境等的复杂函数,在制动热分析中切实考虑摩擦系数随各工况参数及接触面等因素的变化还存在一定困难,本文假设在仿真计算过程中摩擦系数为定值0.38.表1　盘式制动器几何尺寸Tab.1　The geo m etric di mensi on of disc brake mm制动器组件内径Rin外径Rout平均摩擦半径Rave厚度Zd制动盘7112810112.5摩擦片5653表2　盘式制动器材料物理参数Tab.2　The m ateria l p r ope rties of disc brake制动器组件k/J(sK m)-1ρ/kg m-3c/J(kg K)-1al px/m k-1μ制动盘48.46722841911×10-60.38摩擦片1.2122595146530×10-60.382.4　工况的模拟及载荷步的设定本文讨论了紧急制动工况下的盘式制动器的瞬态温度场及应力场的分布情况.设汽车初速度为100k m/h,以一定的减速度紧急制动至停车.图3　制动器热弹性耦合场计算程序框图F i g.3　F inite element analysis p rocedure of the r mo2mechani2ca l coup ling si m ul a tions of brakes按照盘式制动器的工作方式,分4个载荷步:第1个载荷步:施加初始制动角速度,使制动盘在微小的时间段内作匀速转动,属于稳态分析的过程;第2个载荷步:制动盘开始做减速运动,摩擦片上施加靠近制动盘的轴向位移;第3个载荷步:摩擦片和制动盘初始接触,接触压力不断增大,施加对流换热和热辐射边界条件;第4个载荷步:在摩擦片上施加恒定的压力,继续施加对流换热和热辐射边界条件,在第个载荷步中进行结构分71277124.14.4烟台大学学报(自然科学与工程版)第20卷　析和热分析.应用ANSYS 8.1提供的摩擦接触热-结构耦合模块对盘式制动器的制动过程进行热弹性耦合分析,程序流程图如图3所示.2.5　计算结果分析整个紧急制动总时间为4.274s,总行程为195.026rad,制动距离约为61.238m.制动过程中角位移、角速度及角加速度随时间的变化曲线如图4所示.图4　z 轴方向上角位移、角速度及角加速度随时间的变化曲线F i g .4　The angular dis p lacem ent,the angular vel ocit y andthe ang ula r accelerati on of z 2axial directi on a l ong the ti me history2.5.1　制动盘瞬态温度场　图5(a )、5(b)为紧急制动工况下,不同时刻制动盘摩擦表面的温度分布图.可以看出,制动盘经历了从升温到降温的过程.制动过程中每一时刻,制动盘的最高温度点都位于与摩擦片接触区域内靠近出口处.制动初始阶段,对制动盘温度场分布起主导作用的因素是盘片摩擦的热流输入,随着角速度的减小,输入的热流强度逐渐减少,其对温度场的影响逐渐减弱,而制动盘的热传导作用对温度场分布影响逐渐占主导地位,随着制动的终止,制动盘的温度场逐渐接近于轴对称分布状态.在制动盘内径处的温升较小,主要是因为其距摩擦区域比较远,制动时间比较短,没有明显的温升.当制动时间约为2.5s 时,制动盘温度达到最大值.图6为制动盘轴向节点的温度随时间变化曲线图.可以看出,制动盘摩擦表面以及靠近摩擦表面的点受到摩擦热流和对流换热的交替作用,以致摩擦表面处升温和降温交替进行,故其温度随时间变化的曲线呈锯齿形变化制动盘内孔处点的温升曲线较为平滑,表明摩擦热流冲击对其影响较小.图5　不同制动时间的制动盘温度分布F i g .5　Temperature distributi on of disc a t d i ffient ti m e dur 2ing braking图7为制动盘摩擦表面节点的温度随时间变化曲线图.可以看出,摩擦区域内的各点均受到摩擦热流冲击和对流换热的交替作用,因此其温度随时间变化的历程曲线均呈锯齿形变化.而摩擦区域外的各点都没有受到摩擦热流冲击,温度没有大的波动.制动初始阶段,制动盘的角速度比较大,输入的热流强度也很大,各点的温度快速升高,制动中期,随着制动盘的角速度的减小,输入的热流强度不断减小,各点的温升变化趋于缓和.制动后期,随着制动盘角速度进一步的减小,制动盘的热传导和对流换热及辐射放热的作用大于摩擦热流的作用,各点的温度开始下降.各条曲线的波动频率由快到慢体现了制动盘在作减速转动这一特性.由摩擦区域内的3个节点温度随时间变化曲线可以看出,半径越大,温度就越高,波动的幅度就越大,表明输入的热流强度确实与半径成正比812..　第3期葛振亮,等:盘式制动器热弹性耦合分析912烟台大学学报(自然科学与工程版)第20卷　从图8-图10为制动盘摩擦表面上节点的x 轴、y轴和z轴3个方向上的温度梯度随时间变化曲线.可知摩擦表面上各点的x轴、y轴和z轴方向上的温度梯度波动都很大,径向和轴向的温度梯度比周向的温度梯度大.这是因为摩擦热流冲击引起的,这样必然会产生相应的热应力,造成热冲击和热疲劳.2.5.2　应力场　图11给出了某时刻制动盘的米塞斯(von Mise s)应力场,应力值包括机械应力和热应力,是两种应力值的叠加.本文采用了梁带动盘转动的方式,导致梁与盘相接周围应力值较大,而制动盘其他位置的应力值相对较小.从上面的瞬态温度场分析(图8-图10)可知,制动过程中,摩擦表面的温度要高于材料内部的温度,所以存在着较大的温度梯度,而制动后期摩擦热流对温度场的影响减弱,热传导的作用使制动盘轴向各点的温差逐渐减小,使制动盘摩擦区域内各点的应力状态发生了改变,由压应力转变为拉应力,当温度降至制动前的温度时制动盘的弹塑性应变不能完全恢复,有残余塑性应变存在.如此反复升温降温,当制动次数较多时,制动盘摩擦表面区域就会产生裂纹,裂纹进一步扩展,直至最终导致制动器失效.3　结　论(1)制动期间,制动盘的温度场径向、轴向和周向上都存在着较大的温度梯度,这是制动盘产生热裂纹的潜在原因.(2)制动盘摩擦区域内受到摩擦热流冲击和对流换热的交替作用,引起摩擦区域温度的间歇性改变,因此产生周期性变化的热应力,这是造成制动盘材料热疲劳破坏的直接原因.(3)在单次紧急制动过程中,如果制动强度比较大,则温度梯度也较大,导致摩擦表面热应力可能超过制动盘材料的强度极限值,材料的外表面就会产生初始裂纹.当应力值超过材料屈服极限时,会产生局部塑性变形.本文所建立的盘式制动器三维热弹性耦合分析有限元模型可在今后的研究工作中做进一步的完善,例如,增加材料的非线性模型,以反映温度变化对材料特性的影响等.参考文献:[1]　B arber J R.The i nfluence of the r ma l ex pansi on on the fricti on and wea r proce ss[J].W ea r,1967,10:155-159. [2]　B arber J R,The r moe lastic instabilities in the sliding of confor m ing s olids[J].P r oc Roy Soc Ser A,1969,312:381-394.[3]　B urton R A,Nerlikar V,Kili parti S R.Ther moela stic instability in a seal2li ke conf i gura tion[J].W ear,1973,24: 177-188.[4]　Zagrodzki P.Nu m erical ana l ysis of te mpe rature fields and t her m al stresses in the fricti on disc s of a multidisc wetc lutch[J].Wear,1985,101:255-271.[5]　Zagr odzki P.Ana lysis of ther mo m echanical pheno m ena in m utidisc clutche s and brake s[J].Wea r,1990,140:291-308.[6]　Day A J.D ru m brake interface p re ssure distributi on [J].Engrs2Part D:Journal of Aut o mobile Enginee ring, 1991,205:127-135.[7]　Day A J,Tirovic M,Newco mb T P.Ther m al effec ts and p re ssure distributi ons in brakes[J].Engrs2Pa rt D:Jour2 na l of Aut omobile Engineering,1991,205:199-205.[8]　Kennedy F E,L ing F F,T her m al A.Ther moela stic and wea r si m ulati on of a high2energ y sliding contac t p roblem [J]AS M E J Lubrication T ech,1974,97:497-507.[9]　Ch o C,Ahn S.Transient the r moela sti c ana lysis of disk brake using the fa st fourier trans for m and finite element me th2 od[J].J The r ma l Stre sses,2002,25:215-243.[10]　J i2Hoon Ch oi,In Lee.Transi ent the r moela sti c analy2 sis of disc brake in fri c tional contact[J].Journa l of Ther m al Stress,2003,26(Issue3):223;22.[11]　J i2Hoon Ch oi,In Lee.Finite e le m ent analysis of tran2 sient ther moe lastic behaviors in disc brake s[J].W ear,2004, 257(Issue1/2):47;12.[12]　R udolf,L.B rake de sign and safe ty[M].Soc iety of Aut o motive Engineers Inc,1988:89-133.[13]　吕振华,亓昌.蹄-鼓式制动器热弹性耦合有限元分析[J].机械强度,2003,25(4):401-407.022　第3期葛振亮,等:盘式制动器热弹性耦合分析Ana lysis of Therm o 2el a st i c C oupli n g Char acter ist i csof Au to m ob ile D isc Bra keGE Zhen 2liang,WU Yong 2gen,Y UAN Chun 2jing(Scho ol of M echatronics and Aut omobile Enginee ring,Yanta iUnive rsity,Y anta i 264005,Chi na )Ab str a c t:A finite e le m ent si m ulati on me thod f or ther mo 2e lastic coupling pr oble m s including fricti ona l contact during operati on pr ocess of aut omobile disc brake is studied.The ther m o 2e lastic coupling finite ele m ent analy 2sism ethods f or fric tion 2induced heat tr ansfer,contact p r oble m and def or m ati on of structures under m ulti 2physi 2cal conditi ons are discussed,and the nume rical si mula tion m ethods are a ls o intr oduced .Then,a three di m en 2si onal finite ele m ent mode l of the disc brake is built with finite ele m ent ana lysis t ool ANSYS 8.1,w ith dis 2place ment and the r m al boundary conditi ons given .The l oading pr oce ss and a typ ical cyclic braking mode are se t up.A finite ele ment ana lysis p r ocedure f or the ther mo 2m echanical coupling si m ulati on of the br ake is i m 2plemented.The nume rical results inc lude the disc ’s tr ansient temper a tur e distributi on and v on M ises stress distribution .Ke y wo r d s:disc brake;the r mo 2elastic coupling;finite ele m ent m ethod;transient te mperature field;tr ansient stresses field(责任编辑　柳瑞雪)122。

基于ADAMS的盘式制动器振动分析

基于ADAMS的盘式制动器振动分析盘式制动器是一种常见的制动装置，广泛应用于汽车、摩托车等机动车辆中。

在制动过程中，由于制动器产生的摩擦力和摩擦产生的振动力，会导致制动器的振动，进而影响制动效果和驾驶安全。

因此，对盘式制动器的振动进行分析和优化是非常重要的。

为了对盘式制动器的振动进行分析，可以使用ADAMS(Advanced Dynamic Analysis System)这个动力学仿真软件。

ADAMS是一种基于多体动力学的仿真软件，可以模拟和分析机械系统的动力学行为，包括刚体运动、受力分析等。

以下是一种基于ADAMS的盘式制动器振动分析的步骤。

首先，建立盘式制动器的三维模型。

使用ADAMS的绘图工具，可以建立一个盘式制动器的三维模型，包括刹车盘、刹车片、刹车卡钳等零件。

在建立模型时，需要考虑到实际制动器的几何形状、质量和刚度等参数。

然后，定义盘式制动器的材料属性。

在ADAMS中，可以为盘式制动器的每一个零件定义材料属性，包括材料的密度、弹性模量和泊松比等参数。

这些参数将影响盘式制动器的振动特性。

接下来，定义盘式制动器的运动学约束。

在ADAMS中，可以为盘式制动器的各个零件之间建立运动学约束，例如轴向约束、径向约束等。

这些约束可以使盘式制动器的模型遵循实际运动规律，并减少模型的自由度。

然后，定义盘式制动器的边界条件。

在ADAMS中，可以定义盘式制动器受力的边界条件。

例如，可以定义刹车盘受到的制动力大小和方向。

这些边界条件将影响盘式制动器的动力学响应。

接着，进行盘式制动器的动力学仿真。

在ADAMS中，可以对盘式制动器的模型进行动力学仿真。

通过施加边界条件和运动学约束，可以模拟盘式制动器在制动过程中的振动响应。

仿真结果可以包括盘式制动器的位移、速度和加速度等信息。

最后，分析盘式制动器的振动响应。

根据仿真结果，可以对盘式制动器的振动进行分析。

例如，可以计算刹车盘的最大位移和振动频率，评估盘式制动器的振动稳定性和制动效果。

汽车制动盘热-结构耦合仿真及寿命预测

ｕｎｄｅｒｅｍｅｒｇｅｎｃｙｂｒｋｉａｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｃｏｎｔｒｓｔａｔｈｅｒａｄｉｌａｎｏｄｅｓｎｄａ
Байду номын сангаас
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｇｏｏｄｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｍｏｏｔｈｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｄｉｓｃｂｒａｋｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｔｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｋｉｎｄｓｏｆｃａｒｓ．Ｉｔｓｉｆｒｉｃｔｉｏｎｂｒｋｅａｗｈｉｌｅｂｒａｋｉｎｇｎｄａｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｓｉｔｉｃｓｈａｖｅｇｒｅａｔｉｍｐａｃｔｓｚａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｔｈｅｂｒａｋｅ．Ｅｓｔａｂｌｓｉｈａｓｉｍｐｌｆｅｉｄ３ＤｍｏｄｅｌｗｉｔｈＣＡＴＩＡ，ａｎｄａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｎａａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｒｍｌａａｎｄｆｏｒｃｅｓｉｃａｒｒｉｅｄｏｎｗｉｔｈＡＢＡＱＵＳ

盘式制动器摩擦材料摩擦性能试验研究

ＺｈｎｎｅｇＹａｇ，ＱｕＢ，ＬｉｎｉｏｇＱｉｎｏｘｎ，ＣｎａＸｉ
（．ｌｅｅ／ＢｉｌｇｃｌａｄＡｇｉｕｔｒｌＥｎｉｅｒｎ１Ｃｏｌｇｏ ’ ｏｏｉａｎｒｃｌｕａｇｎｅｉｇ，ＪｌｎＵｎｖｒｉｙ，ｉｉｅｓｔｉ
Ｃａｇｈｎ１０２，Ｊｉｉｈｎｃｕ３０２ｌｎ，Ｃｉａ．ｅｔｏｃａｉａｕｐｎｈｎ；２ＥｌｃｒｍｅｈｎｃｌＥｑｉｍｅｔ
ＬｔｆＪｌｎＵｎｖｒｉｙ，Ｃａｇｈｎ１０２，ｉｉｄｏｉｉｉｅｓｔｈｎｃｕ３０２Ｊｌｎ，Ｃｈｎ）ｉａ
ｆｉｔｏｔｒａｆｒｌｎｏａｊｓｔｅｍａｕａｔｒｎｅｈｏｏｙｒｃｉｎｍａｅｉｌｏｍｕａａｄｔｄｔｈｎｆｃｕｉｇｔｃｎｌｇ．ｕ
Ｋｅｗｏｄｉｒｉｅｃｙｒｓ：ｎｅｔａｂｎｈ；ｄｉｃｂａｓｒｋｅ；ｆｉｔｏｎｍａｅｉｌｒｃｉｔｒａ
Ａｂｔａｔ：ａｅｆｒｎｃａｓａｄｉｅｔｉｆｕｅｅｏｈｅｓｆｔｆｔｅｉｌｓｒｃＢｒｋｅｐｒｏｍａｅｈｒｃｎｌｎｃｎｔａｅｙｏｈｅｖｈｃｅ，ａｈｅｒｄｕｔｏｎｄｔｅｃｉｎｏｆｔｅｐｅｆｒａｅｗｏｄｔｅｔｎｔａｅｙｏｒｖｎｇｐｅｓｎｎ１Ｉｈｓｐｐｒｙｕｓｎｇｔｎ— ｈｒｏｍｎｃｕｌｈｒａｅｈｅｓｆｔｆｄｉｉｒｏｅ．ｎｔｉａｅ，ｂｉｈｅｉｅｔａｓｍｕｌｔｏｅｔｂｅｃｒｉｉａｉｎｔｓｎｈ，ｔｎｔｃｅｒｈｅｂｕｏｒｂｒｋｅｔｎｄｉｆｒｎｔｃｄｉｉｎｓｉｈｅｋｉｅｉｎｅｇｙ０ｆｔｓｆａｅｔｓｓｉｆｅｅｏｎｔｏｓｓｍｕａｅ．Ｔｈｒｇｈｈｅｍｅｓｅｅｔｏｒｃｉｎｆｃｎｄｕｒａｅｅｐｒｔｅｏｆｈｒｃｉｎｉｌｔｄｏｕｔａｕｒｍｎｓｆｆｉｔｏｏｒｅａｓｆｃｔｍｅａｕｒｔｅｆｉｔｏ

汽车盘式制动器的热机耦合分析

汽车盘式制动器的热机耦合分析
作者：ADINA
本例演示的是汽车盘式制动器的三维瞬态动力分析。

模型定义了摩擦接触，大位移和强热机耦合。

热机耦合分析中的热源是由于转子和垫片之间定义了接触，摩擦生热产生的，应力是由于非一致的热膨胀产生的。

图1显示的是制动器的几何模型。

注意，这里制动器的转盘/转子是简化的模型，忽略了小孔和缝隙。

不同于一般的制动器分析，转子减加速度不在模型中指定出来。

而是转子上施加一个相当于车辆的行驶速度为200km/h的初始角速度，并在转子中心加一个集中质量来表示车辆的惯性。

施加一个很强的制动力在制动器的垫片上，通过数值分析计算转子的减加速度。

图1 制动器示意图
上图显示的是分析过程中温度分布的变化。

动画中显示的时间间隔的大小并不一致。

最初，由于转盘有很大的角速度，所以使用非常小的时间步。

随着转盘减速，时间步逐渐增大。

最后，一旦转子停止转动（大约在t=4.75秒时），就改用更大的时间步来模拟制动器的冷却过程。

这个问题表明一个非常复杂的工程问题，包含了摩擦接触和热机耦合，也能用ADINA很好地解决。

基于刚柔耦合盘式制动器振动仿真分析

基于刚柔耦合盘式制动器振动仿真分析【摘要】制动器在制动过程中的振动问题对制动性能影响很大。

本文利用系统动力学分析软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS，建立了某汽车盘式制动器刚柔耦合模型，对其制动过程进行了振动分析。

通过对制动盘不同位置点的振动分析，得出一定车速下制动过程中制动盘的振动情况。

【关键词】盘式制动器；振动；刚柔耦合0 前言制动器是汽车最主要的安全部件之一，但是汽车在下长坡以及拐弯等制动的过程中，制动块与制动盘之间发生的制动振动，会影响汽车的制动距离，从而影响行驶安全性。

国内外的许多学者在制动器的振动方面做了许多的工作。

文献[1]利用有限元软件对某汽车盘式制动器进行了瞬态动力性分析，通过对其高速低速制动两种工况下的对比分析，得出制动盘和摩擦片在制动过程中的振动引起的等效应力分布及其变化规律。

文献[2]通过首次直接设置柔性体间的接触，模拟制动器的制动工况，进行了瞬态动力学分析，指出部件间的阻尼系数对振动有很大的影响。

文献[3]首先从理论上对制动器的振动特性进行了研究，然后通过有限元软件进行了仿真分析，得出制动盘和摩擦片之间的摩擦力是引起制动器振动的一个诱导因素，减小摩擦系数可降低振动。

目前联合使用多刚体动力学分析和有限元方法建立虚拟样机的研究日益得到重视，本论文运用动力学分析理论，结合现有的有限元分析软件ANSYS和动力学分析软件ADAMS，对汽车盘式制动器进行刚柔耦合分析。

1 刚柔耦合模型的建立1.1 系统的运动方程在ADAMS中，系统根据所建立的模型，能够自动建立系统的拉格朗日动力学方程，对于每一个部件，对应于六个带有广义坐标的第一类拉格朗日方程。

■（■）-■+■■？姿■=F■式中：K——动能；q■——描述系统的广义坐标；？渍■——系统的约束方程；F■——在广义坐标方向下的广义力；？姿■—— m×1的拉格朗日乘子列阵；将动能定义为：K=■■ ■m■+■ω■Iω系统约束方程：？渍（■，q，t）=0系统外力方程：F=（■，μ，q，f，t）=0构件的模态是构件自身的一个物理属性，模态对应的频率是共振频率（特征值），模态实际上是有限元模型中个节点的位移的一种比例关系，这种关系可以用下式来表示：[u]=∑a■[？椎]■式中，[u]各个节点的位移矢量；a■是模态参与因子；[？椎]■构件的模态，也是特征位移矢量。

盘式制动器摩擦片热-结构耦合分析

ｊｉｅｓｙｄｔｂｔｎｏｅｃｏｍｅｕ，ｒｅｒｓｒ，ｉｉｈｈｔｉａｇｔｒｕｉ｛ｎｎｉｉｒｕｏｔｔｎｔｐｒｒｂａｅｕｆｃｏｗｉｎｐｒｔｅｅｄｒｇｔｔｓｉｉｆｈｆｉｅａｅｋｐｓｅｒｔｎｃａｇｔｏｈｎｉｔｋ
ＲＯＮＧｎＣＨＡＯｉｉｎＢｉｇ，Ｋａ—ｎａ
（ｐ．ｆｔｅＴａｓｏｔｔｎａｄＡｕｏｂｌｎｉｅｒｎｆＸｉｕｉｅｓｔ，ｈｎｄ０９ＣｉａＤｅｔｏｒｎｐｒｉｎｔｍｏｉＥｇｎｅｉｇｏｈａＵｎｖｒｉＣｅｇｕ６３，ｈｎ）ｈａｏｅｙ１０
主要计算紧急制动工况下的盘式制动器的摩擦片瞬态温度场及应力场的分布情况。工况为制动初始车速ｌ０ｍｈ制动压Ｏｋ／，
力７ＭＰ，．ａ总制动时间３２。５．ｓ４
１盘式制动器摩擦片热一结构耦合模２１载荷步的设定．型的建立从制动的全过程看，包括驾驶员做出行动反应、动器起作制
＿ｓ・ｉｅｎｉｄｇ
６
中图分类号：Ｈ１，Ｍ３５文献标识码：Ｔ６Ｔ１Ａ
随着汽车工业的发展，速越来越高，荷越来越大，对制车载而
｛＿
Ｋｅｏｄ：ｈｒｌｓｕｔｒｌｃｕｌｄａａｙｉ；ｒｃｉｎｐａｅＴａｓｅｔｔｍｐｒｔｒｎ６ｙｗｒｓＴｅｍａ —ｔｃｕａｏｐｅｎｌｓＦｉｏｌｔ；ｒｎｉｎｅｅａｕｅａｄｒｓｔ

盘式制动器摩擦特性及制动尖叫测试与分析

１制动噪声实验台架搭建
汽车制动噪声实验系统结构示意图如图１所示。该系统包括电机、减速器、模拟制动惯性的飞轮、传动轴、盘式制动器、制动操纵系统以及测试系统。电机后面配有减速器以获得更高的驱动力矩，
盘式制动器摩擦特性及制动尖叫测试与分析
刘献栋ｈ，任增杰。，王海霞，单颖春
（１．汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室重庆，４０００３９）
（２．北京航空航天大学交通科学与工程学院
＊
国家自然科学基金资助项目（５１２７５０２２）；汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室基金资助项目（ＮＶＨＳＫＬ－２０１１０８）收稿日期：２０１２ — １０ — １８；修改稿收到日期：２０１２ — １２ — ２８
声问题非常复杂。国外系统地开展制动噪声研究已经有６Ｏ多年的
历史Ｉ４］，我国对这方面的研究始于２Ｏ世纪８Ｏ年代＿５］。研究者运用理论分析、有限元数值计算、实验
等方法，对制动噪声问题进行了多层次、多角度的大量研究，取得了很多成就，提出了多种不同的制动噪
负斜率机制和模态耦合机制。一般认为，摩擦制动噪
声与其摩擦材料特性及其结构体的具体结构形式有

制动方向振动影响下汽车盘式制动器颤振模型的研究

要进一步分析汽车制动器颤振噪声的粘滑效应机理，关键在于建立合理的制动器运动模型。对于摩擦系统，目前已经有一些研究使用不同的模型来研究其颤振机理，如单自由度的质量块 - 传送带模型、 [11,12] 含干摩擦的二自由度模型 [13,14] 和多自由度颤振机理模型。 [2,15,16] 张立军等建立了考虑悬架系统
在该自激振动机理模型中，制动块与制
动盘之间摩擦副的摩擦因数为 μ，μ 随着摩
擦副相对速度的增大而减小，其范围在动摩擦因数 μd 和静摩擦因数 μs 之间，μ 的表达式如下：
（1）式中，μd 和 μs 分别为动摩擦因数和静摩擦因数，λ 为衰减系数，vr 为摩擦副间的相对速度。摩擦因数 μ 随相对速度 vr 的变化
如图 2 所示，
，
。
，
，
参数的取值均参考文献。 [10]
，上述
建立系统的运动学方程如下：
（2）
其中，、和分别为制动块在制动盘
旋转方向的位移、速度和加速度。摩擦力
。引入阻尼比，则系统的运动方程
式（2）可改写成：
（3）
式中，
，
。制动器自
激振动模型的材料参数如下：
，
，
。取速度
，制动力分别取 100N、200N、
400N 和 600N，并画出其相平面图如图 3（a）
～（d）所示。从相平面图可以发现，对于恒
定的制动力，其大小并不会导致制动块在
运动过程中产生粘滑现象。因此，除了考虑
制动压力的影响外，要进一步分析制动器制
动颤振机理还必须同时考虑其他因素的影响。
3 制动器颤振的粘滑现象分析
为了探究汽车制动器系统制动颤振粘滑效应的影响因素，本文建立了在恒定制动压力下以制动块 - 制动盘为系统的单自由度颤

汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究

汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究的报告，600字汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究的报告
本文是关于汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究的报告。

基于实验测试的结果，此报告将对汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性进行详细分析。

首先，我们需要对汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性进行定义。

摩擦-振动耦合是一个汽车盘式制动器在启动或者停止时出现的现象，也就是一个汽车盘式制动器当摩擦片滑动时，会受到某种形式的激活，从而引起振动事件。

接着，我们进行了实验测试来进一步了解汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性。

实验的方法是通过采用一套回环实验装置，由此可以模拟摩擦片之间的滑动状态，从而得到振动信号。

实验结果显示，当摩擦片滑动时，振动信号随之剧烈波动，而且本质上是多模态振动，即振动信号随摩擦片滑动而发生变化。

最后，关于汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性，我们看到实验数据表明，当摩擦片滑动时，振动信号明显波动，而且本质上是多模态振动，随着滑动距离的增加，振动信号波动的幅度也显著增大。

这也代表了汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性的特点，也反映了摩擦片滑动对汽车盘式制动器的稳定性的影响。

总而言之，本试验为研究启动和停止时汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性提供了一个良好的平台，本试验证明了当摩擦片
滑动时，振动信号会随之发生变化，幅度也随着滑动距离的增加而增加。

这将为下一步实验提供一个良好的基础，进一步研究汽车盘式制动器的摩擦-振动耦合特性和摩擦片滑动对性能的影响。

汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究

汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究摘要：本文针对汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性进行试验研究。

通过搭建试验平台，对测试车辆进行实时监测和数据采集。

通过数据处理和分析，获得盘式制动器摩擦-振动耦合特性的相关参数，深入分析制动器系统中的摩擦和振动特性，为汽车盘式制动器的设计、生产和维护提供参考。

关键词：汽车盘式制动器；摩擦-振动耦合特性；试验研究1. 引言盘式制动器是现代汽车中最为常用的制动方式，其使用的摩擦材料和制动器结构直接影响着整个制动系统的性能。

制动器系统中的摩擦和振动特性不仅影响着制动器的性能，还会对车辆的舒适性、安全性和使用寿命造成影响。

因此，盘式制动器的摩擦-振动耦合特性研究日益受到关注。

本文旨在通过试验研究的方式，探究汽车盘式制动器的摩擦-振动耦合特性，并对其进行深入分析，为汽车盘式制动器的设计、生产和维护提供参考。

2. 试验平台和方法试验平台主要由测试车辆和数据采集系统组成。

测试车辆为一辆配备盘式制动器的现代轿车。

数据采集系统包括传感器、数据采集卡和计算机等设备。

试验方法主要分为静态试验和动态试验两种。

静态试验主要测试制动器摩擦特性参数，包括制动力、摩擦系数等；动态试验主要测试制动器振动特性参数，包括制动器振动频率、振幅等。

数据采集系统可以实时监测车辆的行驶状态，记录相关数据以供分析。

3. 试验结果和分析通过试验平台的建立和数据采集，我们获得了盘式制动器的摩擦-振动耦合特性的相关参数。

试验结果表明，在不同的制动力和速度下，制动器的摩擦系数和制动力均有所不同。

同时，制动器振动频率和振幅也随着制动力和速度的变化而发生变化。

在摩擦特性方面，制动力和摩擦系数的变化对于制动器的性能影响较大。

过高或过低的制动力或摩擦系数都有可能导致制动器失效或失效，从而对车辆的安全性造成影响。

在实际生产和维护中，需要根据车辆的使用环境和制动需求，确定合适的摩擦材料和制动器结构，保证制动器的稳定性和可靠性。

汽车制动系统摩擦振动及噪声特性研究

汽车制动系统摩擦振动及噪声特性研究汽车制动系统摩擦振动及噪声特性研究摘要：汽车制动系统是整车安全的重要组成部分，而制动系统的摩擦振动及噪声特性对行车安全和驾驶舒适性有着重要的影响。

本文通过对汽车制动系统摩擦振动及噪声特性的研究，旨在提高制动系统的性能和质量，为改善驾驶体验和减少车辆噪音提供理论基础和技术支持。

1. 引言汽车制动系统是为了使车辆在行进过程中能够安全、准确地控制车速而设计的关键性系统。

制动器的摩擦振动及噪声问题一直以来都是汽车制造商和驾驶员关心的重要问题。

摩擦振动和噪声的产生不仅会降低制动系统的性能，还会对驾驶舒适性造成负面影响。

因此，研究汽车制动系统的摩擦振动及噪声特性对提高驾驶体验、减少车辆噪音具有重要意义。

2. 汽车制动系统的摩擦振动机制汽车制动系统的摩擦振动主要由制动盘和制动蹄片之间的摩擦运动引起。

当行驶中的车辆需要制动时，制动蹄片会受到压力，使其与制动盘之间产生摩擦，从而产生摩擦振动。

摩擦振动的主要机制包括初始接触、滑动接触、粘着接触和脱粘接触等过程。

这些接触过程会产生频率和振幅不同的振动信号，从而产生不同频段的噪声。

3. 汽车制动系统的噪声特性分析汽车制动系统的噪声特性主要包括频谱分析、时域分析和波形分析等方法。

频谱分析通过将制动系统产生的振动信号进行傅里叶变换，得到不同频率的振动成分，从而揭示噪声的频率分布规律。

时域分析通过对振动信号的波形进行实时采集和观测，分析噪声的时间特性。

波形分析通过分析制动系统振动信号的波形形态，揭示噪声信号的幅度和振幅变化规律。

4. 影响汽车制动系统摩擦振动及噪声特性的因素汽车制动系统摩擦振动及噪声特性受多种因素的影响，包括制动盘和制动蹄片的材料性能、制动盘和制动蹄片的表面粗糙度、刹车片温度和制动压力等。

这些因素的变化都会导致汽车制动系统的振动幅度和频率发生变化，从而影响制动系统的噪声特性。

5. 降低汽车制动系统噪声的方法为了降低汽车制动系统的噪声，需要综合考虑多种因素。

制动方向振动影响下汽车盘式制动器颤振模型的研究

制动方向振动影响下汽车盘式制动器颤振模型的研究汽车盘式制动器颤振模型的研究是为了解决制动方向振动对车辆行驶稳定性和操控性的影响。

制动方向振动主要分为前后向振动和左右向振动两种类型。

前后向振动是指车辆在制动过程中前后轮之间的相对运动不一致，导致方向盘震动；左右向振动是指车辆在制动过程中左右轮之间的相对运动不一致，导致车身发生左右晃动。

盘式制动器颤振模型的研究主要分为两个方面：一是盘式制动器的失效模型研究，二是车辆动力学模型研究。

盘式制动器的失效模型研究主要包括制动盘和制动片的动力学特性分析。

制动盘的失效模型研究主要分为静态失效模型和动态失效模型两方面。

静态失效模型主要研究了制动盘在制动过程中的变形和热应力分布情况，通过数值模拟和实验验证得到不同失效模型下的初始变形和热应力分布。

动态失效模型研究主要通过试验方法测量制动盘的模态参数，得到制动盘的固有频率和阻尼比等关键参数。

制动片的失效模型研究主要包括制动片摩擦特性分析和制动粘著模型研究。

制动片摩擦特性分析主要通过试验方法得到制动片的摩擦系数随温度和压力的变化规律，从而建立制动片的摩擦特性模型。

制动粘著模型研究主要研究制动片与制动盘之间发生粘著现象的原因和机理，建立粘著模型，从而提出相应的防粘著措施。

车辆动力学模型研究主要包括制动方向振动响应特性分析和振动控制策略研究。

制动方向振动响应特性分析是通过建立车辆与制动器的耦合动力学模型，研究制动方向振动的产生机理和传播规律。

振动控制策略研究主要通过控制算法和系统优化方法，制定相应的振动抑制控制策略，降低制动方向振动的幅值和频率。

在制动方向振动影响下汽车盘式制动器颤振模型的研究中，需要综合考虑制动盘和制动片的失效模型以及车辆动力学模型。

通过建立合理的模型，可以理解制动方向振动的产生机理和传播规律，提出相应的振动抑制措施，从而提高车辆行驶的稳定性和操控性。

《偏磨状态盘式制动器摩擦振动非线性动力学分析》

《偏磨状态盘式制动器摩擦振动非线性动力学分析》一、引言盘式制动器是现代机械系统中常见的关键部件，其性能的稳定性和可靠性直接关系到整个系统的安全性和稳定性。

然而，在实际使用过程中，由于各种因素的影响，盘式制动器常常会出现偏磨状态，导致摩擦振动问题。

这种非线性的摩擦振动现象不仅会降低制动器的使用寿命，还可能引发严重的安全事故。

因此，对偏磨状态下的盘式制动器摩擦振动非线性动力学进行分析具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、偏磨状态下的盘式制动器偏磨状态下的盘式制动器主要表现为制动盘与制动块之间的不均匀磨损。

这种不均匀磨损往往是由于制动系统的不对称性、制动过程中的热效应、制动材料的硬度差异等因素引起的。

偏磨状态下的盘式制动器在工作过程中会产生复杂的摩擦振动现象，这涉及到多物理场耦合、非线性动力学等多个领域的知识。

三、摩擦振动的非线性动力学分析对于偏磨状态下的盘式制动器摩擦振动非线性动力学分析，主要从以下几个方面进行：1. 建模与分析方法的建立：根据盘式制动器的结构特点和工作原理，建立合理的数学模型。

这个模型应能够反映制动过程中各部件的相互作用以及摩擦振动的产生机制。

同时，采用合适的分析方法，如有限元法、多尺度法等，对模型进行求解和分析。

2. 摩擦振动的产生机制：分析偏磨状态下盘式制动器摩擦振动的产生机制。

这包括研究制动过程中各部件的应力分布、热效应、材料磨损等因素对摩擦振动的影响。

通过深入分析这些因素，可以更好地理解摩擦振动的产生原因和变化规律。

3. 非线性动力学特性的研究：研究偏磨状态下盘式制动器的非线性动力学特性。

这包括分析系统的稳定性、分岔、混沌等动力学行为。

通过这些研究，可以揭示系统在不同条件下的运动规律和响应特性。

4. 实验验证与结果分析：通过实验对理论分析结果进行验证。

这包括设计合理的实验方案、制备实验装置、进行实验测试等。

通过对比实验结果和理论分析结果，可以评估理论分析的准确性，并进一步优化模型和分析方法。

盘式制动器热力耦合分析的研究进展_黄健萌

第１１卷第４期２０１３年８月中　国　工　程　机　械　学　报ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹＶｏｌ．１１Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１３基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１７５０８５），福建省自然科学基金资助项目（２０１１Ｊ０１２９９）、福建省教育厅资助项目（ＪＡ１１０２９）作者简介：黄健萌（１９７３－），女，副教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｊｍｆｚｕ＠１６３．ｃｏｍ盘式制动器热力耦合分析的研究进展黄健萌，高会凯（福州大学机械工程及自动化学院，福建福州　３５０１０８）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．首先对实心盘式制动器和通风盘式制动器做了一定的比较，然后在广泛查阅文献的基础上详述了实心盘式制动器和通风盘式制动器热力耦合分析的研究现状，最后对盘式制动器热力耦合在今后的研究中的问题做了综述．关键词：实心盘式制动器；通风盘式制动器；热力耦合中图分类号：ＴＨ　１１７．１文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－５５８１（２０１３）０４－０３６４－０６Ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅｓＨＵＡＮＧ　Ｊｉａｎ－ｍｅｎｇ，ＧＡＯ　Ｈｕｉ－ｋａｉ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｆｕｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｆｉｅｌｄｓ　ｏｆ　ｂｒａｋｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ　ｐａｉｒｓｅｔ　ａ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｂｒａｋｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ　ｐａｉｒ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ　ｓｏｌｉｄ　ａｎｄ　ｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅｂｅｓｐｏｋｅ　ｂｒａｋｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅｖｉｅｗ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｎ　ｆｕｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄ　Ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ；ｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ；ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ制动器是产生制动力并进行能量转换的机构，具有结构简单、工作可靠的优点，广泛应用于汽车、火车、飞机、工程机械、建筑机械、农业机械及一些运输机械等各种机械设备中，其性能直接影响到车辆或设备的操作安全性［１］．盘式制动器由于具有尺寸小、热稳定性好和抗水衰退能力强，并且易于保养和维修等特点，而广泛应用于各种类型的汽车中．随着负载及其运行速度的不断增大，高速重载下制动副所吸收的能量也将大大增加，制动产生的大量摩擦热导致制动盘温度升高，摩擦面局部接触区域产生瞬间“热点”（也称“闪点”）［２］，从而可能导致材料破坏、热裂纹以及热衰退．而制动副非均匀的温度场引起制动压力的变化以及制动盘的热变形［３］（主要包括制动盘翘曲，ＳＲＯ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｒｕｎ　Ｏｕｔ）和ＤＴＶ（Ｄｉｓｃ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）的变化，同时制动盘的热变形引起盘、片的接触条件和制动压力产生变化，进而影响制动温度．可见，制动过程是一个复杂的热力耦合过程［２］．文献［４—５］指出：制动器热力耦合过程的研究对制动器合理设计开发、制动副摩擦材料研制与选择、抗热疲劳、热衰退以及抗磨损等都具有重要作用．因此，本文根据盘式制动器的结构特点，对近年来国内外盘式制动器热力耦合研究的进展进行了概述，提出一些目前研究中遇到的热力耦合问题以及今后的发展方向．１　实心盘（也称普通盘式）与通风盘式的不同之处盘式制动器分为普通盘式制动器和通风盘式制动器．比较容易理解的普通盘式制动器就是实心的．顾名思义，通风盘式制动器具有透风功效，从外　第４期黄健萌，等：盘式制动器热力耦合分析的研究进展表看，它在圆周上有许多通向圆心的空洞，这些空洞是经一种特殊工艺制造而成，汽车在行驶过程中产生的离心力能使空气对流，从而达到散热的目的，因此比普通盘式散热效果要好许多．由于汽车前刹车盘在刹车时较后刹车盘承受更大的力矩，发热量更大，需要更好的散热，所以通常是前面用通风盘．但是二者的工作原理基本没有区别，最大的差别在于长时间连续踩刹车，通风盘式制动器可以迅速把摩擦产生的热散掉，使刹车性能不至于因为温度升高而变差，从而保证了行车安全，但由于盘片质量增加，油耗、维修成本等也相应增加，而实心盘制动器则不能长时间踩刹车，但使用成本、维修成本相对低些．由于制造工艺与成本的关系，一般中高级轿车中普遍采用前通风盘、后普通盘的制动器，如Ｐａｓｓａｔ，Ｖｅｎｔｏ　Ｇｏｌｆ　２．０等车，部分高级轿车采用前后通风盘制动器．而经济型轿车大多采用前盘后鼓式制动片，这里用的前盘一般也只是普通盘而非通风盘．值得一提的是，在前轮使用中通风盘逐步取代实心盘，将成为汽车行业的发展趋势．２　实心盘式制动器的热力耦合研究现状２．１　实心盘式制动摩擦副的温度场研究相比通风盘式制动器，实心盘式制动器模型的热传导边界条件要简单许多．近几年来，根据建立模型的几何特征不同，可以分为一维模型、二维模型、部分盘模型和整盘模型．目前一维模型基本上没有研究价值，二维模型比较简单，认为温度场在角度方向无变化，在这样的假设条件下和实际相比有较大的差距，现在的趋势是使用三维模型．文献［６］采用有限元技术首先基于先前的热流密度均布在摩擦表面的基础上研究了紧急制动下简化的二维实心盘式制动器温度场分布，然后对于三维模型施加非对称的热载荷得到了其温度场分布，并比较了二维和三维盘式制动器的温度场分布情况，他得到的结论是：随着初始制动速度的变化，二维和三维的温度场分布有着统一的变化趋势，即先增大后变小．因此验证了先前对于热流均布的摩擦热研究问题的正确性，对于今后的制动器热分析有着一定参考价值．文献［７］基于积分变换、热传导理论和能量转换与分布的规律等方法研究了三维瞬态温度场的分布，并且通过数值仿真和实验的方法进行验证，其得到的仿真结果表明：摩擦界面温度初期增长很快，之后变缓，这是由于制动过程中温度梯度随温度增加而降低，还有边界条件也会影响其内部温度的分布，其热能可达到接触界面厚度为２ｍｍ的地方．文献［８］在实心盘式制动盘表面添加特定的涂层，通过理论与实验相结合的方法得到了影响热传递的一些重要参数以及在摩擦表面的温度梯度．上述研究均未考虑移动热源的影响，因此得到的温度场分布会有一定的差异．文献［９—１０］按照制动盘与制动片的实际几何尺寸，考虑了移动热源的作用，建立了具有速度可变效应的三维瞬态温度场的计算模型，发现在紧急停车制动过程中，制动器温度场并不呈现出二维轴对称分布，在盘的径向和轴向上都存在着很大的温度梯度，相比之下，盘的周向上温度梯度要小得多．文献［１１］建立了某汽车盘式制动器摩擦片的有限元模型，同时考虑了制动压力、摩擦因数和制动盘瞬时角速度等参数的影响，并对几种不同工况的制动过程进行仿真计算．得到的结果是制动压力增长过程及摩擦因数是影响摩擦片瞬态温度场的关键因素，摩擦片在制动时的温度不是二维轴对称分布，更不是均匀分布的．这也验证了文献［９—１０］建立三维模型的正确性．摩擦片的温度场与制动压力增长的快慢和摩擦系数有关．模拟的结果为选用合理的摩擦材料提供依据，进而可以降低摩擦片的最高温度，提高制动效能的稳定性．文献［１２］基于盘式制动器制动过程中能量耗散的研究，建立了紧急制动过程中制动盘与摩擦片瞬态温度场分析的有限元模型．采用直接热力耦合有限元方法来分析制动器摩擦热的产生及其温度的瞬态分布．其得到的结果是摩擦片与制动盘的最高温度和达到最高温度的时间都不一样，摩擦片的温度从内径到外径基本是升高的，制动盘表面温度是中间部分最高，内外径表面温度相对较低．与间接热力耦合方法相比，直接热力耦合方法充分考虑了制动器温度场与其应力应变场的瞬态交替影响，使温度场的研究结果更接近实际工况．但这些模型都假设摩擦系数是常数，且忽略了制动过程中热力耦合的影响．２．２　实心盘式制动摩擦副的热力耦合研究制动器在制动过程中温度场分布不均，这将引起两接触体的热弹性变形，从而改变了接触面之间的压力分布，反过来，接触界面之间的压力分布不均匀，使制动器温度场分布更加不均匀，形成了一种恶性的循环，这种现象被称作热弹性不稳定（ＴＥＩ）．据文献［１３］研究表明制动器的磨损，制动时产生的尖叫声，以及低频振动都和ＴＥＩ有着很大的关系．因此摩擦界面间的温度场分布与应力场分布是相互耦合的，有限元计算技术的发展使得在同一５６３中　国　工　程　机　械　学　报第１１卷　模型的基础上进行不同物理场的计算成为可能，因此热力耦合分析方法开始得到研究人员的重视和应用．文献［１４］研究了制动盘的温度场和应力场问题，认为摩擦盘圆周方向上在一个时间间隔内其边界条件和约束条件都一致，为了简化计算，将三维温度按二维处理，问题简化为二维轴对称问题，人为假定接触条件及热流传输与坐标无关，从而得出了温度场和应力场的分布规律．文献［２，１５］在前期研究制动摩擦副三维瞬态温度场的基础上，充分考虑移动热源且速度可变效应影响、盘与片摩擦界面间热流耦合的基础上，根据制动盘与摩擦片的实际几何尺寸，建立了一个紧急制动工况下三维瞬态热－力耦合瞬态非轴对称有限元模型，运用有限元软件ＡＮＳＹＳ中的非线性有限元多物理场方法，动态模拟了盘式制动器的制动过程．揭示了制动过程中制动盘瞬态温度场／应力场的分布规律，发现二者之间存在着耦合关系，其随时间都明显呈现周期性变化，这些波动是由移动热源的热流冲击和对流换热的交替作用引起的，且其变化周期随制动时间的延长而增大，而应力的波动将最终导致制动盘产生裂纹．但这些模型都认为摩擦材料是均质的，摩擦系数及其材料热物理特性参数为常数，而不随摩擦温度而变．功能梯度材料是日本人首先提出的一种新型的复合材料，之前的研究中模型所采用的材料都是铸铁、陶瓷之类的．文献［１６］采用半解析法分析了功能梯度材料轴对称制动盘的热弹性问题，文献［１７］利用有限元软件分析了采用功能梯度材料的轴对称旋转盘（其外径为内径的５倍）的热弹性接触问题，内外表面分别采用金属和陶瓷材料，而刹车片采用纯金属材料．通过径向的幂律分布得到了制动盘的材料性能，把库伦摩擦作为热源假定在盘片之间分布，从而产生了热应力，其研究获得的径向位移最大值不是在外表面，而是位于内外表面之间，这种材料模型的力学性能与之前的研究相比有很好的一致性，由于热应力载荷产生的应变对盘的某些部分是负值，然而热应变总是正值．３　通风盘式制动器的热力耦合分析研究现状随着通风盘式制动器应用日益广泛以及科学计算的发展，越来越多的学者对其进行研究．针对不同的制动形式有不同的状况，有的研究只考虑温度影响，有的研究将温度和应力同时考虑进去，得到其互相耦合制动的复杂情况．３．１　通风盘式制动摩擦副的温度场研究文献［１８］采用时步法研究了制动过程中的温度分布问题，把移动热源作为边界条件，其可以与对流冷却条件实现互换，由于模型曲线对于热流输入影响，其仿真得到的热分析较实际的分布相差较远．这是因为热流通过摩擦片输入到制动盘上来代替热载荷，制动过程中产生大量的热无疑会引起温度分布的不均匀，而且摩擦片的温度在持续加热，导致热扩散缓慢，对其影响很大．因此，有必要进行深入的研究．文献［１９］在分析中对温度场也进行了轴对称假设，取制动盘的一个对称周角作为分析对象，研究了带中间散热筋连接的双摩擦面轴装式制动盘的热应力问题．虽然该种计算方法相对于二维模型的计算方法已经有了一定改进，但是该种模型并没有考虑到制动过程中盘体和闸片的接触区域是变化的这一事实．而文献［２０］则通过使用ＡＮＳＹＳ软件研究了汽车的实心盘和通风盘式制动器两种不同形式，并使用三种不同的铸铁材料（ＦＧ１５，ＦＧ２０，ＦＧ２５）的制动片，对所产生的热流进行了分析，考虑了通风槽的影响，得到的温度场仿真结果表明：径向通风槽在制动过程中起到了很重要的作用，其影响温度场的因素有设计技术参数、单元数目和载荷步等一些数值参数和材料形式等物理参数．文献［２１］在前面温度场的基础上提出以摩擦功率法及摩擦副周向接触长度来确定制动盘摩擦面摩擦生热热流密度的计算方法，结合将热辐射系数折算成对流换热系数的方法，在合理考虑材料参数非线性的基础上，建立高速列车制动盘的有限元模型，对制动过程中制动盘的温度场进行数值模拟，并将由此得出的计算结果与采用能量折算法确定平均热流密度的仿真结果进行对比分析．这两种方法计算出的摩擦表面接触区域点的温度－时间变化曲线基本一致，即温度先急剧上升，大约制动３７ｓ后开始下降．与能量折算法相比，摩擦功率法体现了由于摩擦副周向接触长度不同而引起的摩擦表面温度场分布的差异，比传统能量折算法认为的摩擦热流密度在摩擦面上是均匀分布的结论更符合实际情况．文献［２２］同样应用摩擦功率的方法等对１６０ｋｍ·ｈ－１快速列车制动盘１／４模型进行了数值模拟．重点讨论了制动加载方式、制动工况和环境温度对制动盘瞬时温度场的影响，考虑了制动模式和环境对制动系统温度场的影响．但是前面的研究并没有进行试验的验证，而文献［２３］则利用热源法计算出制动盘的温度场，并与实验结果进行了对比，所得的结果表明该方法是可行的，为计算制动６６３　第４期黄健萌，等：盘式制动器热力耦合分析的研究进展盘的温度场提供了新的思路．并结合热弹性理论计算出制动盘的热变形，最后分析了制动盘主要结构参数对制动各个时刻热变形量的影响，得出制动各个时刻相应其热变形的大小，并进一步得出了最大热变形量的对比曲线，并进行了曲线拟合与对比分析，为进一步分析制动抖动及其预测相应的振动量提供指导．文献［２４］运用有限元软件ＡＮＳＹＳ进行了制动盘及相关部件三维瞬态温度场和应力场的仿真与分析．根据瞬态热分析的求解结果，计算得到制动盘瞬态热应力，其仿真结果与实验数据相符，证明利用基于三维模型的有限元仿真分析，可以较精确地描绘整个机车制动过程中制动盘温度场的变化．３．２　通风盘式制动摩擦副的热力耦合研究文献［２５］用摩擦接触生热模型建立了制动盘和制动片热－力直接耦合的有限元分析模型，采用双向位移法控制闸片旋转以模拟制动盘和制动闸片相对滑动，初步实现了热－力相互耦合的数值模拟．结果显示旋转移动摩擦热源形成的热冲击会引起制动盘温度场和应力场的波动．制动过程中温度场、应力场是相互耦合的，未考虑热－力耦合效应会造成热分析的误差．而文献［２６］应用非线性有限元软件Ａｂａｑｕｓ建立制动系统的热力完全耦合有限元分析模型，并对汽车紧急制动过程进行模拟．在模拟计算中考虑到了因制动盘和摩擦片相互摩擦产生的热源的旋转移动，以及温度、接触压力与应力之间相互耦合问题，并考虑到制动盘各界面的对流换热系数随制动盘转速而变化．其仿真结果表明制动过程中温度场和应力场是相互耦合的，并且呈周期性波动，频率和制动盘的转动频率是一致的，制动过程中形成的一个时变的移动热载荷和对流换热的共同作用是温度场和应力场波动的主要原因．不均匀分布的热应力引起制动盘产生向盘毂内侧翘曲和厚度变化的热变形，并由此导致接触状态和接触压力发生变化，引起制动时的热抖动．文献［２７］使用通用有限元软件分析了在不同载荷和初始速度下的通风盘与摩擦片表面的接触压力分布以及采用显示欧拉积分对基于Ａｒｃｈａｒｄ磨损理论的刹车片进行了磨损的仿真分析，所采用的材料模型为可变形的钢表面，这对于复合材料或者实际的刹车片而言还是有差距的，但其接触压力分析结果对于进一步研究热弹性影响具有重要意义．文献［２８］在详细研究了盘式制动器的压力分布情况后，认为摩擦制动器的摩擦衬片与对偶件表面之间产生的摩擦热并不是均匀地分布在滑动表面上的，而是取决于局部应力的分布情况．影响界面压力分布的热效应可分成两个部分：体积温度效应（造成整体热膨胀）和宏观热效应（造成热点和表面热裂纹），从而对制动器进行了温度分析．文献［２９］通过使用ＡＮＳＹＳ软件采用顺序耦合的方法研究了汽车的实心盘和通风盘式制动器两种不同形式的温度、应力分布特征以及影响因素的探究，并进行数值仿真模拟，其结果表明盘式制动器的径向通风槽在制动过程中起到重要的作用，制动盘的应力与变形和制动片的接触压力随着热力耦合的进程呈现显著变化，这对于制动器的热力耦合（比如应力、变形、摩擦与磨损）研究很有帮助．文献［３０］针对制动盘内外侧壁厚不等的通风盘式制动器，基于实测制动副摩擦系数－相对速度试验数据，建立了三维瞬态热－机耦合理论模型及有限元模型，分析了紧急制动工况下制动盘瞬态温度场和法向应力场在径向、周向和法向的分布特征，以及制动盘侧面热弹性变形和厚薄差的变化规律．所得的研究结果表明制动盘瞬态温度、法向应力、热弹性变形之间存在复杂的耦合关系，而且存在摩擦发热效应与机械法向力和摩擦力联合作用，这主要是由于制动盘通风槽和内、外侧壁厚不等的结构特点以及摩擦、热、机械的相互作用所致．上面的研究只是考虑了热弹性的影响，均未考虑塑性的影响，而文献［３１］在部分盘和整盘间接耦合模型的基础上，建立制动盘、闸片和盘毂之间的三体接触弹塑性热力耦合模型，同时考虑了制动盘的结构特点及在应力计算过程中施加的对称性约束，使制动盘和闸片的相对运动得以实现．通过该模型的模拟结果和测试结果相比较的方法，证明该耦合模型的计算结果能够较为真实地反映制动过程中制动盘的温度场和应力应变场的分布情况，实现了模拟结果和测试结果相一致，体现温度场和位移场的相互作用，达到温度场和应力场的直接耦合的目的．该模型能够用于分析制动盘制动过程中不均匀热变形导致的局部变形特征．对于盘式制动器的数值分析结果表明：取决于摩擦的热耗散、旋转的初始速度和热对流系数等因素的热梯度可以达到很大的程度，对其摩擦表面的温度与应力有很大的影响作用［３２－３３］．４　结语通过上面的介绍可知目前盘式制动器的热分析和热力耦合取得了很大进展，但研究大多是假设摩擦系数为常数，材料参数不随温度变化的条件下７６３中　国　工　程　机　械　学　报第１１卷　求解的，与实验结合不好，得出结果往往不能让人信服；而且忽略盘、片的弹塑性变形及其磨损等影响．所以，今后建立的模型应朝着考虑材料弹塑性变形、材料热物性参数以及摩擦系数随温度的变化以及磨损等的影响，同时通过实验来优化建立的模型，也就是研究摩擦制动器热力耦合必须注重实验和理论研究的结合．其次由于实际工程表面是粗糙的，目前的研究也主要集中在宏观上的研究，这也涉及多尺度研究问题，所以未来的趋势是各种手段的综合运用以及向多学科交叉方向发展．这就要求研究者不仅仅需要一门知识的背景，而且需要其他学科的支持，特别是数学、热力学、摩擦学、化学及材料学等的综合．最后，随着计算机技术的不断发展，计算机仿真技术在科学研究中有很大的优势，可以大大缩短科研的时间和节约资金．但是它也有缺点，例如结果对模型的依赖性很强，不同模型结果往往差别很大．所以，如何扬长避短利用计算机仿真来研究摩擦制动器热力耦合是迫切要解决的问题．参考文献：［１］　ＢＥＬＧＨＡＺＩ　Ｈ，ＧＡＮＡＯＵＩ　Ｍ　Ｅ，ＬＡＢＢＥ　Ｊ　Ｃ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｓｔｅａｄｙ　ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｔｗｏ－ｌａｙｅｒｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｉｎ　ｉｍｐｅｒｆｅｃｔ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ａ　ｍｏｖｉｎｇ　ｈｅａｔ　ｓｏｕｒｃｅ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｃｉ，２０１０，４９（２）：３１１－３１８．［２］　ＧＡＯ　Ｃ　Ｈ，ＨＵＡＮＧ　Ｊ　Ｍ，ＬＩＮ　Ｘ　Ｚ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｔｒｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆｔｈｅｒｍａｌ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ［Ｊ］．ＡＳＭＥ　Ｊ　Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ，２００７，１２９：５３６－５４４．［３］　ＬＥＥ　Ｓ，ＹＥＯ　Ｔ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｂｒａｋｅｒｏｔｏｒ　ｕｓｉｎｇ　ａｎ　ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２００７，４９：１２９－１３７．［４］　ＧＡＯ　Ｃｈｅｎｇｈｕｉ，ＨＵＡＮＧ　Ｊｉａｎｍｅｎｇ，ＬＩＮ　Ｘｉｅｚｈａｏ，ｅｔ　ａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｎ　ｈｅａｔ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　ｆｏｒｄｉｓｃ－ｐａｄ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙ，２００６，４（１）：８３－８８．［５］　ＬＩＮ　Ｘｉｅｚｈａｏ，ＧＡＯ　Ｃｈｅｎｇｈｕｉ，ＨＵＡＮＧ　Ｊｉａｎｍｅｎｇ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｒｉｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｎ　ｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎ，２００６，１３（１）：４５－４８．［６］　ＡＤＡＭＯＷＩＣＺ　Ａ，ＧＲＺＥＳ　Ｐ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｓｉｎｇｌｅ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｎ－ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｌｏａｄ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，３１：１００３－１０１２．［７］　ＺＨＵ　Ｚｈｅｎｃａｉ，ＰＥＮＧ　Ｙｕｘｉｎｇ，ＳＨＩ　Ｚｈｉｙｕａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｂｒａｋｅ　ｓｈｏｅ　ｄｕｒｉｎｇｈｏｉｓｔ’ｓ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｂｒａｋｉｎｇ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，２９：９３２－９３７．［８］　ＢＡＲＩ　Ａ，ＧＡＲＣＩＡ－ｄｅ－ＭＡＲＩＡ　Ｊ　Ｍ，ＬＡＲＡＩ　Ｎ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｆｉｌｍ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｍｏｖｉｎｇ　ｒｏｕｇｈ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．２００４，２６（１）：２９－３４．［９］　ＧＡＯ　Ｃｈｅｎｇｈｕｉ，ＬＩＮ　Ｘｉｅｚｈａｏ．Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｂｒａｋｅ　ｉｎ　ｎｏｎ　ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈ，２００２，１２９（１－３）：５１３．［１０］　林谢昭，高诚辉．盘式制动器非轴对称温度场的有限元模型［Ｃ］∥疲劳与断裂工程设计论文集．北京：机械工业出版社，２００２：４０４－４０７．ＬＩＮ　Ｘｉｅｚｈａｏ，ＧＡＯ　Ｃｈｅｎｇｈｕｉ．Ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｄｉｓｃｂｒａｋｅ’ｓ　ｎｏｎａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｙ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ［Ｃ］∥Ｆａｔｉｇｕｅ　ａｎｄＦｒａｃｔｕｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅ　Ｐｒｅｓｓ，２００２：４０４－４０７．［１１］　钱立军，余武弦，杨年炯．盘式制动器摩擦片瞬态温度场分析［Ｊ］．客车技术，２００８（６）：２２－２５．ＱＩＡＮ　Ｌｉｊｕｎ，ＹＵ　Ｗｕｘｕａｎ，ＹＡＮＧ　Ｎｉａｎｊｉｏｎｇ．Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｄｉｓｋ［Ｊ］．Ｋｅｃｈｅｊｉｓｈｕ，２００８（６）：２２－２５．［１２］　华林，向上升．汽车气压盘式制动器瞬时温度场研究［Ｊ］．润滑与密封，２００７，３２（５）：８－１１．ＨＵＡ　Ｌｉｎ，ＸＩＡＮＧ　Ｓｈａｎｇｓｈｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｔｈｅｒｍａｌｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．ＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３２（５）：８－１１．［１３］　ＪＡＶＯＢＳＳＥＮ　Ｈ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｂｒａｋｅ　ｊｕｄｄｅｒ　ｂｙ　ｕｓｅ　ｏｆ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＳＡＥ，１９９９，１（４）：１７７６－１７７９．［１４］　ＺＡＧＲＯＤＺＫＩ　Ｐ，ＬＡＭ　Ｋ　Ｂ，ＢＡＨＫＡＬＩ　Ｅ　Ａ，ｅｔ　ａｌ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ａ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｌｙ　ｅｘｃｉｔｅｄｔｈｅｒｍｏ－ｅｌａｓｔｉｃ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ，２００１，１２３：６９９－７０８．［１５］　黄健萌，高诚辉，唐旭晟，等．盘式制动器热－结构耦合的数值建模与分析［Ｊ］．机械工程学报，２００８，４４（２）：１４５－１５１．ＨＵＡＮＧ　Ｊｉａｎｍｅｎｇ，ＧＡＯ　Ｃｈｅｎｇｈｕｉ，ＴＡＮＧ　Ｘｕｓｈｅｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，４４（２）：１４５－１５１．［１６］　ＨＯＳＳＥＩＮＩ　Ｋｏｒｄｋｈｅｉｌｉ　Ｓ　Ａ，ＮＡＧＨＤＡＢＡＤＩ　Ｒ．Ｔｈｅｒｍｏｅｌａｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ　ｇｒａｄｅｄ　ｒｏｔａｔｉｎｇ　ｄｉｓｋ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００７，７９：５０８－５１６．［１７］　ＳＨＡＨＺＡＭＡＮＩＡＮ　Ｍ　Ｍ，ＳＡＨＡＲＩ　Ｂ　Ｂ，ＢＡＹＡＴ　Ｍ，ｅｔ　ａｌ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍｏｅｌａｓｔｉｃ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ　ｇｒａｄｅｄ　ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃｓ［Ｊ］．２０１０，９２：１５９１－１６０２．［１８］　ＡＤＡＭＯＷＩＣＺ　Ａ，ＧＲＺＥＳ　Ｐ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｏｎａ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｂｒａｋｉｎｇ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，３１：２１７７－２１８５．［１９］　ＬＩ　Ｊｉｓｈａｎ，ＬＩＮ　Ｈｕｔｉｎｇ，ＬＩ　Ｈｅｐｉｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅａｌｌｏｙ－ｆｏｒｇｅ　ｓｔｅｅｌ　ｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｆｏｒ　ａ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｔｒａｉｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００６，２８（４）：４５－４８．８６３　第４期黄健萌，等：盘式制动器热力耦合分析的研究进展［２０］　ＢＥＬＨＯＣＩＮＥ　Ａ，ＢＯＵＣＨＥＴＡＲＡ　Ｍ．Ｔｈｅｒｍａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａ　ｓｏｌｉｄｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，３２：５９－６７．［２１］　张乐乐，杨强，谭南林，等．基于摩擦功率法的列车制动盘瞬态温度场分析［Ｊ］．中国铁道科学，２０１０，３１（１）：９９－１０４．ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｌｅ，ＹＡＮＧ　Ｑｉａｎｇ，ＴＡＮ　Ｎａｎｌｉｎ，ｅｔ　ａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｔｒａｉｎ　ｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，３１（１）：９９－１０４．［２２］　赵海燕，张海泉，汤晓华，等．快速列车盘型制动热过程有限元分析［Ｊ］．清华大学学报：自然科学版，２００５，４５（５）：５５９－５９２．ＺＨＡＯ　Ｈａｉｙａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｈａｉｑｕａｎ，ＴＡＮＧ　Ｘｉａｏｈｕａ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅｒｍａｌ　ＦＥＭ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　ｒａｉｌｗａｙ　ｃａｒ　ｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，４５（５）：５５９－５９２．［２３］　韩建荣，翁建生．盘式制动器的热分析［Ｊ］．机械设计与制造，２００８（１０）：１８０－１８２．ＨＡＮ　Ｊｉａｎｒｏｎｇ，ＷＥＮＧ　Ｊｉａｎｓｈｅｎｇ．Ｔｈｅｒｍａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｉｓｃｂｒａｋｅ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ　＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２００８（１０）：１８０－１８２．［２４］　杨莺，王刚．机车制动盘三维瞬态温度场与应力场仿真［Ｊ］．机械科学与技术，２００５，２４（１０）：１２５７－１２６０．ＹＡＮＧ　Ｙｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｇａｎｇ．３－Ｄ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ａｎｄｓｔｒｅｓｓ　ｆｉｅｌｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃｓ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２４（１０）：１２５７－１２６０．［２５］　ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｌｅ，ＹＡＮＧ　Ｑｉａｎｇ，ＴＡＮ　Ｎａｎｌｉｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆｂｒａｋｅ　ｄｉｓｃ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００９，１：５３３－５３４．［２６］　苏海赋，曲杰，余为高．通风盘式制动器热抖动现象仿真分析［Ｊ］．机电工程技术，２０１１，４０（４）：３８－４１．ＳＵ　Ｈａｉｆｕ，ＱＵ　Ｊｉｅ，ＹＵ　Ｗｅｉｇａｏ．Ｈｏｔ　ｊｕｄｄｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，４０（４）：３８－４１．［２７］　ＳＤＥＲＢＥＲＧ　Ａ，ＡＮＤＥＲＳＳＯＮ　Ｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｅａｒ　ａｎｄｃｏｎｔａｃｔ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐａｄ－ｔｏ－ｒｏｔｏｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｉｎ　ａｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ　ｕｓｉｎｇ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ［Ｊ］．Ｗｅａｒ，２００９，２６７：２２４３－２２５１．［２８］　ＤＡＹ　Ａ　Ｊ，ＴＩＲＯＶＩＣ　Ｍ，ＮＥＷＣＯＮＢ　Ｔ　Ｐ．Ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｂｒａｋｅｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ　Ｉｎｓｔｎ　Ｍｅｃｈ　Ｅｎｇｒｓ，１９９１，２０５：１９９－２０５．［２９］　ＢＥＬＨＯＣＩＮＥ　Ａ，ＢＯＵＣＨＥＴＡＲＡ　Ｍ．Ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｄｒｙ　ｃｏｎｔａｃｔｓ　ｉｎ　ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１２，６０：１６１－１７０．［３０］　孟德建，张立军，余卓平．通风盘式制动器热－机耦合理论建模与分析［Ｊ］．同济大学学报：自然科学版，２０１０，３８（６）：８９０－８９７．ＭＥＮＧ　Ｄｅｊｉａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｌｉｊｕｎ，ＹＵ　Ｚｈｕｏｐｉｎｇ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ＦＥＡ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ　ｄｉｓｃ　ｂｒａｋｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２０１０，３８（６）：８９０－８９７．［３１］　杨智勇，韩建民，李卫京，等．制动盘制动过程的热－机耦合仿真［Ｊ］．机械工程学报，２０１０，４６（２）：８８－９２．ＹＡＮＧ　Ｚｈｉｙｏｎｇ，ＨＡＮ　Ｊｉａｎｍｉｎ，ＬＩ　Ｗｅｉｊｉｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｂｒａｋｅｄｉｓｃ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，４６（２）：８８－９２．［３２］　ＨＡＭＲＡＯＵＩ　Ｍ．Ｔｈｅｒｍａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　ｒｏｌｌｅｒｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｎｇ，２００９，２９（１１－１２）：２３８６－２３９０．［３３］　ＨＡＭＲＡＯＵＩ　Ｍ，ＺＯＵＡＯＵＩ　Ｚ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｗｏ　ｒｏｌｌｅｒｓ　ｉｎ　ｄｒｙ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｃｉ，２００９，４８（６）：１２４３－１２４６．９６３。

盘式制动器铜基摩擦片摩擦制动特性的实验研究

盘式制动器铜基摩擦片摩擦制动特性的实验研究李玉龙;李军霞;梁绍伟【摘要】In order to study on friction brake between copper base friction plate and brake disc of disc brake, braking principle of disc brake is analyzed.Experiment of friction property about copper base friction plate is conducted, which explores changing laws of friction coefficient and wear rate under different brake speed and different brake pressure respectively.It is shown that when brake pressure is 30 N, friction coefficient increases gradually with time and then tends to be stable, and the stable mean value is about 0.46;wear rate increases with brake pressure increasing, and decreases with brake speed increasing.Moreover, when brake pressure is 30 N and brake speed is 80 mm/min, the effect of brake is best in the experiment.%为了研究盘式制动器铜基摩擦片与制动盘的摩擦制动特性,分析了盘式制动器制动原理.通过对铜基摩擦片的摩擦特性进行实验,探讨了不同制动速度以及制动压力下摩擦系数和磨损率的变化规律.研究结果表明:制动压力为30 N时,摩擦系数随时间逐渐增大并趋于稳定,稳定后的平均值为0.46;磨损率随制动压力增加而增加,随制动速度的增加而减小;此外,制动压力为30 N、制动速度为80 mm/min时,达到实验中的最佳制动效果.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)030【总页数】4页(P196-199)【关键词】盘式制动器;铜基摩擦片;摩擦系数;磨损率;制动速度;制动压力【作者】李玉龙;李军霞;梁绍伟【作者单位】太原理工大学机械工程学院，山西矿山流体工程实验室（研究中心），太原 030024;太原理工大学机械工程学院，山西矿山流体工程实验室（研究中心），太原 030024;太原理工大学机械工程学院，山西矿山流体工程实验室（研究中心），太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TD528.1盘式制动器广泛应用于矿山及车辆等领域，是带式输送机的主要制动装置。

基于瞬态分析法的轮盘制动系统摩擦自激振动研究

基于瞬态分析法的轮盘制动系统摩擦自激振动研究黄盼盼;陈光雄;莫继良【摘要】There are two analysis methodologies available for predicting brake squeal using the finite element method, namely,complex eigenvalue analysis method and dynamic transient analysis method. Not all the unstable frequency ob-tained using complex eigenvalue analysis method can be observed in experiments,while transient analysis method is able to predict real unstable frequency in theory. A transient dynamic model of a wheel-disc brake system of EMU was estab-lished to study friction-induced self-excited vibration of the brake system,in which the friction coupling between brake pads and disc was imposed. Results show that the value of the dominant vibration frequency of the contact force between the brake pad and disc is consistent with that of the normal vibration of the brake pad. The dominant vibration frequency obtained by the transient analysis method is very close to the value of the unstable frequency obtained by the complex ei-genvalue method.%在制动噪声的有限元分析方法中，复特征值方法预测得到的不稳定频率过于保守，而瞬态分析方法在理论上可以得到较为真实的不稳定频率。

汽车通风盘式制动器的摩擦学性能测试和流固热耦合仿真

汽车通风盘式制动器的摩擦学性能测试和流固热耦合仿真张森;肖林京;刘强;周坤;朱绪力【摘要】根据摩擦微凸理论和耦合控制方程组分析了汽车通风盘式制动器的弹塑性状态转变条件和对流换热机理,通过乘积解法实现了通风盘的三维传热计算;基于Link 3900 NVH测试台对制动器的平均摩擦因数和摩擦稳定系数进行了测试,得出制动速度、制动压力和温度对其摩擦学性能的影响;建立了制动器的流固热数值仿真模型,利用MPCCI平台实现了ABAQUS热固耦合和FLUENT流固耦合的同步迭代,通过耦合节点的数据共享与交换得出盘体的瞬态温度场、应力场和耦合面的对流换热系数.结果表明,在单制动周期内通风盘表面的温度变化的数值模拟值与试验值基本一致,最大偏差仅为5.6%,这对于通风盘式制动器的性能评价和结构优化有着重要的指导意义.%The condition for the transition between elastic and plastic contact state of vehicle ventilated disc brake and its convection heat transfer mechanism are analyzed based on micro convex theory of friction and coupling control equations, and the 3D heat transfer calculation of ventilated disc is conducted with product solving method. Link 3900 NVH test rig is used to measure the average friction coefficient and friction stable coefficient of disk brake, with the effects of braking speed, braking pressure and temperature on its tribology performance obtained. The fluid-solid-heat coupling numerical simulation model is set up, and the synchronous iterations of heat-solid cou-pling in ABAQUS and fluid-solid coupling in FLUENT are performed on MPCCI platform, and the transient temper-ature field, stress field and the convective heat transfer coefficient on coupling surface are obtained by data sharing and exchangeof coupling notes. The results show that in a single braking cycle, the numerically simulated values of temperature changes on ventilated discare basically in accordance with that of test data with the maximum deviation being only 5. 6%. The study has a great guiding significance for the performance evaluation and structure optimiza-tion of ventilated disc brake.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】8页(P675-682)【关键词】通风盘式制动器;摩擦因数;台架试验;流固热耦合;数值模拟【作者】张森;肖林京;刘强;周坤;朱绪力【作者单位】山东科技大学机械电子工程学院,青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,青岛266590【正文语种】中文目前，主流的汽车制动器主要有鼓式制动器和盘式制动器两种［1］。

盘式制动器振动特性的仿真分析的开题报告

盘式制动器振动特性的仿真分析的开题报告一、选题背景与意义盘式制动器作为一种常见的制动装置，在车辆、机械设备等领域广泛应用。

然而，在高速运行或长时间连续制动的情况下，盘式制动器往往会出现振动现象，导致制动效果下降、噪音增大、甚至引起事故。

因此，研究盘式制动器振动特性及其影响因素，对于提高制动器安全性和性能有着重要的意义。

二、研究目的与内容本文旨在通过仿真分析盘式制动器的振动特性，探究制动器振动机理，并研究影响因素。

具体内容包括：1.建立盘式制动器的数学模型，包括制动盘、制动片、制动钳等组件，考虑制动片与盘之间的接触、动态特性等。

2.基于ANSYS等有限元分析软件，进行制动器振动仿真模拟，对制动器固有频率、谐振点、振动幅值等参数进行分析，探究振动机理。

3.对影响制动器振动的因素进行研究，包括制动片材料、制动力、制动片厚度等因素，分析其对制动器振动特性的影响。

4.结合实际情况，提出有效的措施以减小或避免制动器振动，提高制动器性能和安全性。

三、研究方法1.理论分析：通过文献综述等方式，梳理盘式制动器的相关理论知识，确定仿真模型的建立方式，分析制动器振动机理及影响因素。

2.有限元仿真：借助ANSYS等有限元分析软件，建立盘式制动器的有限元模型，进行振动仿真分析。

3.数据处理：对仿真数据进行处理和分析，得到制动器的振动特性参数，探究振动机理和影响因素。

四、预期结果与意义通过对盘式制动器振动特性的仿真分析，得出制动器的振动特性参数和影响因素，为制动器的设计、优化和改进提供参考。

同时，研究结果也为厂家生产制动器提供了重要的理论指导，提高制动器的安全性和性能，有利于推进我国制造业的发展。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

ＭＭ
ＭＳ
ＳＬ
ＳＭ
ＳＳ
Ｒｅｍａｒｋ：Ｌ—ＬａＥ萨，Ｍ—Ｍｉｄｄｌｅ，Ｓ—ＳｎＭＩｕ．ＬｅｖｅｌｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＤＴＶａｎｄＳＲＯｉｓｗｉｔｈｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｗｏｒｌｄｗｉｄｅｒｅｓｅａｒｃｈ嘲ｕｌｔａ．
备注：Ｌ表示大，Ｍ表示中，Ｓ表示小．大中小的划分标准参照国外相关研究资料．
图Ｉ台架试验测点布置示意图
置如下：（１）试验台自带制动油压、制动转矩、制动
收稿日期：２００８－０１－２０；修回Ｒ期：２００８－０７－２２／联系人张立军，ｅ．ｍａｉｌ：ｌｉｊｕｎ．ｚｈａｎｇ＠ｆｅｖ·ｓｈ．ｅｏｍ作者简介：张立军。男。１９７２年生，博士，副研究员．硕士生导师，目前主要从事汽车噪声的预测与控制的研究工作．
（ｂ）３Ｄｍａｐｏｆｂｒａｋｅｔｏｒｑｕｅ
。０
２０
４０
６０
８０
１００
Ｆｉｇ３
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｈｚ
（ｃ）３Ｄｍａｐｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔ３Ｄｓｐｅｃｔｒａｌｍａｔｒｉｘｍａｐｏｆｂｒａｋｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｂｒａｋｅｔｏｒｑｕｅａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
屿酣
Ｍ
ｎ
—、、—、
｝）））
一，
，ｆ
√
币且Ｉ
２
长
ＢｒａｋｅｔｏｒｑｕｅｓｅｎｓｏｒＤ１ｓｃｓｐｅｅｄ．‘℃ｎｓｏｒＢｒａｋｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＳｅｎＳＯｒ
Ｆｉｇ１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓｅｔｕｐｏｆｄｉｓｃｂｒａｋｅｒｉｇｔｅｓｔ
径．
图２所示为按照表１中３号制动盘的ＤＴＶ和
２１ｎ
咖姗。
姗
ｏ＿￡蕾
瑚。如
”
皇￡∞
蚴
”
ｇ＝－ｔ‰ 一ｌｕ昌．Ｊ≤鼍ｄｓ一暑之ｊ＝ｈ｜。－膏厶暑＿，譬摹蹿２厶，ｌｕ。弓薯８ ∞
Ｆｉｇ２
ｔ／ｓ
Ｓｉｇｎａｌｓｏｆｄｉｓｃｓｐｅｅｄ，ｂｒａｋｅｔｏｒｑｕｅ，ｂｒａｋｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（Ｄｉｓｃ：Ｌｓ，Ｂｒａｋｅｐｒｅｓｓｕｒｅ：２．５ＭＰａ）图２制动盘转速、制动转矩、制动压力和摩擦系数时间历程（ＬＳ制动盘，制动压力２．５ＭＰａ）
表ｌ制动盘ＤＴＶ和ＳＲＯ组合
ＴａｂｌｅｌＴｅｓｔｅｄｂｒａｋｅｄｉｓｃｓｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓＤＴＶａｎｄＳＲＯｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ
［ＹｒＶ／ｐ，ｒｎ
７９．５
８０
７９．５
４２
４２
４２
４
４
４
￥ＲＯ／ｐ．ｍ
１８０
１３０
８０
１７０
１２０
７０
１７５
１３０
７０
Ｓｙｍｉｍｌ
ＬＬ
ＬＭ
ＬＳ
ＭＬ
（ａ）Ｓｔａｔｉｃｐａｒｔｓ
４
６
８
Ｒｅｌａｔｉｖｅｓｐｅｅｄ／（ｍ·ｓ’‘’
（ｂ）Ｄｙｎａｍｉｃｐａｒｔｓ
Ｆｉｇ５Ｆｒｉｃｔｉｏｎ·ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｓｏｆ
第２８卷第５期２００８年９月
摩擦学学报
Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．２８Ｎｏ．５Ｓｅｐｔ．２００８
汽车盘式制动器摩擦．振动耦合特性试验研究
张立军，缪唯佳，余卓平
（同济大学汽车学院，上海２０００９２）
摘要：本文针对９种具有不同厚薄差和端面跳动量组合的汽车盘式制动器，利用制动器惯性试验台在四种制动』Ｋ力
通过上述分析可知，制动压力的波动会影响到摩擦系数的动态特性．而制动压力波动则主要是由于制动盘的ＤＴＶ和ＳＲＯ所引起的．下面将分析制动盘的ＤＴＶ和ＳＲＯ对摩擦系数波动的影响．具体方法是：按照前面的处理方法得到图５中的摩擦系数波动曲线，并根据求均方根的计算公式Ｐ＝
厂｝—一
＾／∑石；／ｎ计算得到制动盘在不同ＤＴＶ和ＳＲＯ组合
下的摩擦系数波动的均方根值，如图６所示．从图中可以看出：（１）摩擦系数波动的均方根值随着ＤＴＶ的增大有明显的增大趋势；（２）随着ＳＲＯ的增大，摩
万方数据
鼍－口。弓基ｏ萱。管ｏｔ■ Ｏ２ｎＯ
Ｏ．２５０．１５０．０５－Ｏ．０５
，Ｉｕ＿弓暑＿８善弓！｜‰
４
６
８
１０
１２
Ｒｅｌａｔｉｖｅｓｐｅｅｄ，（ｍ·叫｝
本文通过盘式制动器的台架试验，选择不同厚薄差（ＤＴＶ，Ｄｉｓｃｔｈｉｃｋｎｅｓｓｖａｒｉａｔｉｏｎ）和端面跳动（ＳＲＯ，ｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｕｔ）的制动盘组合，测量在不同制动压力工况下的制动转矩，分析制动盘ＤＴＶ和ＳＲＯ、制动压力均值和压力的波动对于摩擦特性的影响．本文的分析工作有助于更加全面地认识摩擦特性的机理，在此基础上建立符合实际的摩擦特性模型，进而推动制动振动和噪声问题的研究．
ｏｆｔｅｓｔｅｄｂｒａｋｅｓ（ｔｏｔａｌ）
图４各制动盘摩擦特性曲线（总体）
波动，因此为了方便后续分析，将摩擦系数特性分为摩擦系数总体特性、摩擦系数静态部分特性以及摩擦系数动态部分特性三部分考察．三部分的特性通过小波分析【６。的方法获得．图４所示为表ｌ所列各制动盘在１．５ＭＰａ、２．５ＭＰａ、３．５ＭＰａ和４．５ＭＰａ四种制动压力下摩擦系数的总体特性，图５（ａ）所示为摩擦系数的静态部分，图５（ｂ）所示为摩擦系数的动态部分．由图４和图５可以看出：（１）摩擦系数特性具有明显的负斜率特征，并存在波动，这是由于制动盘几何不均匀（ＤＴＶ、ＳＲＯ）导致制动压力Ｐ的波动，从而造成摩擦系数肛的波动，并且随着制动盘转速下降，摩擦系数的波动频率整体呈现逐渐减小的规律．（２）摩擦系数特性静态部分随着制动压力的增大而减小．（３）制动压力Ｐ越大，相应的摩擦系数波动△肛越小．（４）在某些工况下的低转速区域（相对速度小于ｌｍ／ｓ）摩擦系数在低频波动的基础上会叠加一高频波动分量，初步分析可能来自于制动 “发啃”现象…．２．４．２制动盘ＤＴＶ和ＳＲＯ对摩擦系数的影响
２．４摩擦特性影响因素分析２．４．１制动压力对摩擦特性的影响
利用摩擦系数的计算公式（１），得到表ｌ中所列各ＤＴＶ和ＳＲＯ组合的制动盘在制动压力分别为１．５ＭＰａ、２．５ＭＰａ、３．５ＭＰａ、４．５ＭＰａ时的摩擦特性曲线，如图４所示．
由图５不难发现制动盘的摩擦特性存在明显的
万方数据
第５期
１台架试验方法
试验台采用德国申克公司制造的制动器惯量试验台，该试验台能够准确控制制动压力、制动初始速度和制动初始温度，并具有自动数据采集、存储和分析功能．为了研究摩擦系数特性与制动压力、制动盘几何不均匀（ＤＴＶ和ＳＲＯ）之间的耦合关系，在整个系统中附加测点，测量与控制制动彘几何特征的变化．图ｌ为台架试验测点布置的示意图．测点具体布
动压力的减小而增大；摩擦系数动态部分随制动压力的增大而减小，且主要由制动盘厚薄差引起，端面跳动对其影响
不明显．
关键词：制动抖动；摩擦．振动耦合关系；制动力矩波动；制动压力波动；制动盘厚薄差；端卣跳动
中图分类号：
文献标志码：Ａ
文章编号：１００４－０５９５（２００８）０５－０４８０－０５
汽车制动器对于汽车的行驶安全性具有决定性作用，但是若制动器动态没计不合理会引发严重的制动振动和噪声问题，例如低频制动抖动（Ｂｒａｋｅｊｕｄｄｅｒ），中频制动轰鸣（Ｂｒａｋｅｍｏａｎ）以及高频制动尖叫（Ｂｒａｋｅｓｑｕｅａｌ），严重影响乘坐舒适性，同时造成严重的环境噪声污染．研究普遍认为，制动器系统的结构特性、制动摩擦副摩擦特性以及运行工况特性是主要的影响因素．在以往的研究中¨圳，作为主要影响因素之一的摩擦特性常采用简化的、具有固定值或者负斜率特征的摩擦系数一相对速度曲线来描述．通过本文的研究发现，制动器在实际运行工况下，制动压力存在波动，上述简化模型不能准确反映实际的摩擦特性．可见，为充分认识制动振动和噪声问题的机理，提高问题研究的精度，有必要探讨更加符合实际的摩擦特性．
图３所示为制动压力、制动转矩和摩擦系数的三维谱阵图，对应于图２所示信号的时间历程．根据
㈣
言啪！￥鲫
量姜枷
凸
瑚
。０
２０
４０
６０
８０
Ｉｏｏ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｈｚ
（ａ）３Ｄｍａｐｏｆｂｒａｋｅｐｒｅｓｓｕｒｅ
咖
言啪
！
≤
詈
鲫
善
萏
枷
瑚
㈣
著啪！ ≮鲫
堇
善枷
苫
抛
ｏＯ
２０
４０
６０
８０
１００
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｈｚ
２试验数据处理与结果分析
２．１数据处理方法与原理数据处理分别在时间域和频率域内进行．时间
域分析主要考察制动力矩波动、制动压力波动以及摩擦系数波动的信号特征，在此基础上分析ＤＴＶ和ＳＲＯ大小，制动压力均值和波动幅值的大小的影
响．
·
频率域分析采用阶次分析方法进行，通过快速
傅立叶分析得到反映摩擦系数波动阶次特征的三维
谱阵，考察制动力矩波动、制动压力波动以及摩擦系数波动频率与车轮转速之间的相关关系．２．２制动转矩、压力和摩擦系数波动时间域特征
根据测量得到的制动转矩和制动压力可以计算
得到制动摩擦系数＂】，具体公式如下：
丁
／＿、
ｐ２Ｆ７■Ｆｉ
Ｌ１，
’式中，』ｌ一摩擦系数；卜制动转矩；卜
制动压力；Ａ——制动分泵面积；尺——等效摩擦半
工况下进行了制动转矩和制动压力的测鼍，并通过阶次分析与小波分析的方法研究了盘式制动器摩擦特性与制动压