复合材料汽车制动缸的模态分析
基于Amesim的电动汽车电液复合再生制动整车系统的建模与仿真
基于Amesim的电动汽车电液复合再生制动整车系统的建模与仿真第一章选题意义由于环境污染和能源短缺问题备受关注，电动汽车已成为全世界汽车工业研究的热点。
但时至今日仍难以产业化，主要是受续驶里程短和初始成本高两大因素制约。
其关键是开发廉价高性能的电池，但电池技术短期内难以取得突破性进展，而再生制动能量回收技术在不提高汽车初始成本的前提下，作为提高其续驶里程的有效手段，已成为电动汽车研究领域的一个突出亮点。
再生制动加入到传统液压制动系中会改变原有车辆制动性能，因此需对再生制动与液压制动之间进行协调一致，确保车辆制动稳定性及驾驶平顺性，并最大化提高能量回收效率，延长电动汽车的续驶里程。
目前关于再生制动和液压制动共同作为车辆制动系统的研究中，根据制动力分配模式不同可分为并联式系统和串联式系统。
并联式系统中液压制动的前后轮制动器制动力不可调，前后轮制动器制动力按照固定的比例分配，电机在不超过驱动轮最大制动力的前提下输出再生制动力，其大小与目标制动力成一定比例，其分配策略和控制方法简单，但在同等目标制动强度（相同制动踏板位置）下所获得的实际制动强度会大于无能量回收制动系统汽车的制动强度，驾驶员感觉波动大、制动能量回收效率也相对较低。
而串联式系统的前后轮制动力可调，驱动轮的制动力由电机再生制动力和制动器摩擦制动力共同组成，再生制动力占主要地位，剩余部分由摩擦制动力来提供，与无能量回收的制动系统相比，驾驶员有相同的制动感觉，且能量回收效率可实现最大化，但是前后制动器制动力要可调，结构复杂，而且与防抱死制动系统（ABS）产生干涉，控制策略也更加复杂。
目前电液复合制动系统主要研究方向为：1）制动的稳定性方面。
由于电机再生制动力随车速变化大，它的制动过程与传统内燃机车只具有摩擦制动系的制动过程有所不同，对于后驱型电动汽车，由于电机制动力矩是加在后轮上，当电机制动力矩过大时会使后轴提前抱死，从而使汽车出现后轴侧滑丧失稳定性。
发动机油底壳模态分析及复合材料结构优化
发动机油底壳模态分析及复合材料结构优化Modal analysis and structural optimization of compositematerials for engine oil pan王宇钢 WANG Yu-gang（辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，锦州 121000）摘 要：为减少发动机油底壳振动噪声，同时实现油底壳轻量化，采用模态分析的方法对油底壳进行基于复合材料的结构优化设计。
以某型号国产汽车发动机油底壳为研究对象，通过Pro/E对油底壳进行有限元建模，再利用ANSYS Workbench对模型进行模态分析，得到其低阶固有频率和振型。
根据分析结果，提出基于碳纤维增强片状模塑料（SMC）的结构优化方案。
应用ACP 模块进行铺层设计并建立优化后模型，通过模态分析及谐响应分析检验优化后的油底壳动力学性能。
结果表明优化后油底壳前6阶的模态固有频率至少提升37%，响应峰值频率至少提升29%，且质量减轻41.9%。
关键词：油底壳；模态分析；谐响应分析；复合材料；轻量化中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2020)08-0117-04收稿日期：2019-06-20基金项目：国家自然科学基金资助项目（51775101）；辽宁省自然科学基金资助项目（20170540445）作者简介：王宇钢（1977 -），男，辽宁锦州人，副教授，博士，研究方向为机械制造自动化。
0 引言机械振动现象普遍存在于工程实际中，由于振动引起的噪声污染、构件磨损和能量消耗对机器设备正常使用带来较大影响[1]。
发动机油底壳作为贮油槽用于收集和储存润滑油，它通过螺栓与发动机底部相连，传递发动机引起的振动和噪声。
此外，随着人们环保意识的增强，汽车轻量化已成为汽车零部件设计的主要目标。
发动机油底壳通过结构优化实现大幅减重已难以取得较大突破，新材料的应用设计正得到更多地关注[2]。
树脂基复合材料及其模压制品由于具有优异的减振降噪性能及较小的密度，已在汽车制造等领域中得到大量使用[3]。
重型特种车复合材料车架模态分析
Ｍ ｏ ａ ｄ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｏ ｍ ｐｏ ｉｅ Ｆｒ ｍ ｅ ｏ ａ ｙ ｉ ｎ Ｃｏ ｓｔ ａ ｆ
Ｓｐ ｃ ａ ｅ ｖ — ｔ ｕ ｋ ｅ ｉ ｌＨ ａ ｙ Ｄｕ ｙ Ｔｒ ｃ
ＺＨＡ ＮＧ － ｈ ｎ ｅ ｌ Ｚｉｃ ｕ ｔａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈｉ ｐ ｒ ｓ ｕ ｅ ｙｎ ｍ ｉ ｈａ ａｃｅ ｉｔｃ ｏ ｏｍ ｐ ｉｅ ｆａ ｅ ｏ ｐｅ ｉ ｌｈｅ ｖ － ｕｔ ｒ ｋ， ｂｕｌ ｓｒ ｃ ｓ ｐａ ｅ ｔ ｄｉｄ ｄ ａ ｃｃ ｒ ｔ ｒｓ ｉ ｆｃ ｏｓｔ ｒ ｍ ｆｓ ｃａ ａ ｙ ｄ ｕ ｔｕｃ ｉｔ
ｓ ａ ． Ａｃ ｏｒ ｎ Ｏ ｔ ｏｎ ｒ ｓ ａｌｓ ｓｏ ｈ ｔ ｅ ｒ ｍ ｅ，ｗ ｅｄｒ ｈ ｐｅ ｃ ｄｉｇ ｔ ｈｅ ｃ ｔ ａ ｔａｎ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｅ ｌｆａ ａｗ ｏｎ ｕｓｏ ｈ ｔｉ ｓ ｆａｓｂｌ Ｏ ｕ ｅｃ ｍ ｃ ｃｌ ｉ ｎ ｔ ａ ｔｉ ｅ ｉ ｅ ｔ ｓ ｏ
代 钢 材 制 造 车 架 完全 可行 ， 量 化 效 果 明显 。 轻
关键 词 ： 型特 种 专 用 车 复 合 材 料 车 架 重ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
模 态 分析
中图分类号 ： ６．２０ ； ６． 文献标识码 ： Ｕ４ ３ ３ ． ４ Ｕ４ ９ ６ Ａ
文 章 编 号 ： ０ ４ ０ ２ （ ０ ６ ０ ０ ８０ １ ０ ２ ６２ ０ ）６０ ３ ３
维普资讯
设 计 ・ 究 研
重型特种车复 合材料车架模 态分析
张 子 春 马 力 王 元 良 余 良富
武汉理 工大 学汽 车工程 学 院 湖北 武汉 ４ ０ ７ ３０ ０
摘 要 ： 究 了 某 重 型 专 用 车 复 合 材 料 车 架动 态特 性 ， 立 了复 合 材 料 车 架模 态计 算 模 型 ， 对 其 进 行 了 研 建 并 模 态分析 ， 获得 了固 有 频 率 和 振 型 ， 对 原 钢 制 材 料 车 架进 行 了对 比分 析 。分 析 研 究结 果表 明 ， 复 合 材 料 替 并 用
钢质薄壁缸套的模态分析
钢质薄壁缸套的模态分析杭州电子工业学院机电分院 张云电 陈光雄摘 要采用模态分析技术,对汽车发动机的钢质薄壁缸套进行了实验模态分析,获得了钢质薄壁缸套的振动模态参数,并可动态地观测其三维振型,为解决薄壁缸套在加工过程中的颤振问题提供了依据。
关键词: 模态 阻尼 固有频率 振型钢质薄壁缸套是当代发动机的一种趋势,钢质薄壁缸套由复合材料制成,基体采用20号钢,内表面进行松孔镀铬,形成储油结构,以提高耐磨性。
它具有缩小发动机体积,降低发动机质量,增大发动机功率,降低耗油量,提高缸套耐磨性,可以互换等一系列优点,因而在柴油发动机中获得了应用。
但是薄壁缸套的加工难度很大,尤其是镗孔、珩磨过程中,常常会发生强烈的颤振,产生刺耳的噪声,在缸套的内壁表面上留下振纹,降低了表面质量,甚至会损坏立方氮化硼刀具和油石。
因此,研究钢质薄壁缸套的加工颤振机理,有效地抑制和消除颤振,对于薄壁缸套的大批量生产有着重要的意义。
本文对钢质薄壁缸套进行了模态分析,为解决薄壁缸套在加工过程中的颤振问题提供了依据。
1 薄壁缸套模态测试实验模态分析方法是理论分析与试验研究密切结合的一种方法,它能准确地描述结构的动态特性,通过激振实验,得到测振点与激振点间的传递函数,由此可进行模态参数的识别,为进一步解决颤振问题提供了依据。
111 频域法识别模态参数的分析程序时域信号→频域信号→传递函数→模态参数112 测试系统本实验采用H P3566A 67A系统进行测试,本系统具有5个通道(10214z),同时采样采用S M SSTA R410模态分析软件,以4JA1、4JB1型钢质薄壁缸套为实验对象,外圆为 95mm,内径为 93mm,长度为156mm。
按选定的坐标系在缸套上进行网格划分,布置测点,然后把缸套用橡皮筋悬挂起来,用粘接剂把传感器固定在测点上,加速度传感器通过电荷放大器和主机相连,主机上安装了信号采集与模态分析系统的软件。
实验采用多点激振、单点拾振的方法测量传递函数,把各点测得的数据输入计算机中,并保存在磁盘上,然后利用S M SSTA R410软件进行分析,便可得出各阶模态参数—固有频率、振型、阻尼参数。
汽车复合材料制动缸的模态分析
３ ４
工程塑料应 用
２０ ０ ７年， ３ 第 ５卷 ， ｌ 第 ０期
汽 车 复 合 材 料 制 动 缸 的 模 态 分 析
孟春玲 张 力 田正兵 叶都 长
１０ ３ ） ００ ７ （ 北京工商大学机械 自动化学院 ， 北京
摘要
结合 现代 测 试 手段 和 模 态分 析技 术 ， Ｅ １ １ 以 Ｘ ０ ５型 汽 车 制 动 缸 为 例 ， 自行 研 制 的 ３种 汽 车 复 合 材 料 制 对
料制 动缸生 产工 艺 和工业 化应 用方 面 的相关报 道 。
必须遵循 以下几个基本假设 ： ①线性假设 ； ②时不变 假设 ； ③可观测性假设 ； ④互易性假设 。
在上 述 假 设 条件 下 ， 弹性 体 结构 动 力 学 的振 动
方程 为 ：
ＭＳ＋硒 ＋Ｃ ８＝ Ｆ ｔ （） （） １
率 和振 型 。 ２ 制 动缸 的实 验模态 分 析
图 １ Ｅ １１ Ｘ ０５制动缸
近 十多 年来 ， 由于计算 机技 术 、 速傅 立 叶变换 快 （Ｆ ） ＦＴ 分析 仪 、 ｒ 高速数 据采 集 系统 以及振 动传感 器 、
收稿 日期 ：０ ７ ０ —２ ２ ０ — ７１
１ 模 态 分析理 论
模 态 分 析 是 研 究 结 构 动 力 特 性 的 一 种 近 代 方 法 ， 系统 辨别 方 法 在 工程 振 动 领 域 中的 应用 。振 是
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盂春玲 ， ： 等 汽车复合材料制动缸的模态分析
动模态是弹性结构的固有 的、 整体的特性 ， 每一个模 态具有 特 定 的 固有 频 率 、 尼 比和 模 态 振 型 。这些 阻
模 态参 数 可 以通过 实验或 计算 取得 。如 果通 过实验 将 采集 的系统输 入 与输 出信号 经过参 数识 别获 得模 态参数 ， 为实 验模 态分 析 ； 称 如果模 态参 数是 由有 限 元 计算 的方 法取 得 的 ， 为计算 模态 分析 。 称 模 态分 析实 质是 一种 坐标 变换 的过程 。它 建立 了从物 理模 型 到模 态模 型之 间 的桥 梁 ， 建立 了频 率
河北工业大学科技成果——复合材料轿车活塞
河北工业大学科技成果——复合材料轿车活塞项目简介本项目是用S-L-V三态反应在电磁和机械双重搅拌条件下首次制成可应用于轿车及摩托车发动机活塞的TiNp-AlNp/Al复合材料。
本研究成果所处的领域为当今国际新材料热点之一的金属基复合材料研究领域中的第四代复合材料，即用多增强体混合增强金属或合金（Hybrid Composites），此成果为国际领先水平。
本项目的研究旨在开发低造价、高性能的发动机活塞新材料。
目前已经成功制备了摩托车活塞和夏利轿车376TiNp-AlNp/Al复合材料活塞，本项目已申报国家发明专利。
市场前景与预测汽车发动机是汽车的心脏，材料是发动机质量的关键所在，在环保意识日益增强的今天，用新材料来提高发动机的效率、降低排放并提高使用寿命具有重要的社会意义和经济意义。
TiNp-AlNp/Al比强度高、比模量高、高温性能好，因此，用TiNp-AlNp/Al复合材料来制造汽车发动机活塞将会使我省汽车发动机的效率、排放和使用寿命等指标优化到一个新的水平，并将在金属基复合材料的基础理论研究方面取得具有较高学术价值的理论成果。
从而对科技、经济发展做出应有的贡献。
可见，TiNp-AlNp/Al复合材料在汽车制造领域有广泛的应用前景。
规模与投资投资规模：基建厂房1000万元、设备投资500万元、流动资金500万元。
生产设备50KG真空感应加热炉10台、活塞模具和石墨坩埚加工机床、磨床各三台。
效益分析1、按每月150吨计，生产设备投资300万元；2、厂房投资100万元；3、原材料22000元/吨，每月原材料费330万元；电费15万度电/月×0.7元/度=10.5万元；每吨复合材料约生产2500个活塞，每月生产37.5万个活塞；每月产值375000×25=937.5万元；每月效益937.5万元-330万元-10.5万元-10万元（工资及其它）=587万元。
合作方式合作开发。
发动机缸头模态、刚度分析
1.分析目的对新开发的缸头进行校核分析，检查其模态、热变形、刚度是否满足要求。
2.模态的计算缸头网格大小3mm，其材料弹性模量E=7.2e4MPa、泊松比0.3、密度ρ=2.7e-9T/mm3 ，考察1-12000Hz频率内缸头的自由模态。
模型如下：计算结果如下：前三阶计算结果：第一阶1694Hz 第二阶2432Hz第三阶2604Hz 凸轮轴第一阶4946Hz由上图可知缸头的第一阶模态频率1694Hz，而凸轮轴第一阶模态频率4946Hz 两者相错开；而且缸头前三阶的振型接线位置基本都在凸轮轴支架上。
模态分析满足要求。
模态频率分布第一阶频率分布与链轮的频率错开）缸头第一阶1694HZ，凸轮第一阶4946Hz合格缸头的前3阶阵型的节线位置尽量放置在凸轮轴支架上缸头前三阶基本在凸轮轴支架上合格3.缸头螺栓预紧力状态下缸头的不均匀度校核3.1 螺栓预紧力校核约束缸头底面3个方向的自由度，每个螺栓施加螺栓预紧力34500N。
链条腔侧螺栓预紧力为12000N。
3.1.1座圈轴向变形差计算结果进气链前0.59-0.10=0.49S 0.61-0.19=0.42S排气链前0.58-0.06=0.52S 0.62-0.16=0.46S 3.1.2密封性计算结果由计算结果可知链条腔侧的最小面压为8Mpa。
燃烧室周围最小面压为18.3Mpa参考标准计算值结论链条腔>1Mpa 7.3 合格燃烧室>8.55Mpa(一倍缸压）15.3 合格3.2 750螺栓预紧力校核3.2.1座圈轴向变形差计算结果进气链前0.36-0.12=0.24S 0.37-0.12=0.25S排气链前0.32-0.04=0.28S 0.34-0.02=0.32S缸头螺栓预紧力作用下各项指标计算结果考察考察内容参考指标计算值结论项目188M Q螺栓预紧力作用下缸头的刚度凸轮轴轴承座的径向静变形<=3S / / 座圈的轴向变形差<0.4S链条腔侧进气座圈0.49S 不合格进气座圈0.42S 不合格链条腔侧排气座圈0.52S 不合格排气座圈0.46S 不合格燃烧室周围面压>8.55Mpa(一倍缸压）15.3 合格链条腔侧面压>1Mpa 7.3 合格同一摇臂轴两端的竖直方向变形差<2S//750螺栓预紧力作用下刚度座圈的轴向变形差<0.4S链条腔侧进气座圈0.24S合格进气座圈0.25S合格链条腔侧排气座圈0.28S合格排气座圈0.32S合格4.燃烧室刚度分析4.1 燃烧室刚度分析在燃烧室施加燃气爆发缸压，约束缸头底面和上端螺柱孔3个方向自由度，考察座圈的轴向变形量。
复合材料油底壳与常规金属油底壳实验模态对比分析
复合材料油底壳与常规金属油底壳实验模态对比分析作者：路志尧姜建中摘要：结合现代测试手段和模态分析技术，以BJ493ZLQV1 型发动机为例，对自行研制的复合材料油底壳和传统金属材料的油底壳进行了模态实验对比分析，研究结果为振动，噪声和疲劳等问题的进一步研究奠定基础，为复合材料油底壳的工业化生产提供试验基础。
为适应汽车零部件向着轻量化、低成本、长寿命方向发展的需要，复合材料在汽车上的应用越来越广泛。
重型、轻型、微型客货车无一例外的使用着复合材料，最常见的是汽车的内部装饰件，但是复合材料在其它部件的开发中也逐渐被重视起来。
随着我国汽车工业的不断迅猛发展，对汽车的NVH 性能有了更高的要求。
发动机油底壳是发动机的一个主要声源，目前国内生产的发动机油底壳多为金属材料，根据制造工艺和材料有钢板冲压件油底壳，带夹层的冲压件油底壳，铸钢油底壳，铸铝油底壳。
用复合材料代替金属制造的油底壳有减重、减振降噪、节约能源、保护环境等一系列优点。
汽车复合材料油底壳已经在国外得到了广泛的应用，而国内复合材料油底壳的研究还处于起步阶段，迄今为止尚未得到有关汽车复合材料油底壳生产工艺和工业化应用方面的相关报道。
汽车油底壳的结构较为简单，其上部是与发动机机体相连接的端面，有若干螺栓安装孔，底部有一个放油螺栓安装孔，整体成阶梯型，其内部有机油隔板。
BJ493ZLQV1 型发动机油底壳见图1。
对比试验中复合材料油底壳采用SA1800 材料，SMC 制造工艺；金属材料油底壳采用带夹层的金属冲压件油底壳。
图 1 BJ493ZLQV1 型发动机油底壳1、模态分析理论模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以通过实验或计算取得。
如果通过实验将采集的系统输入与输出信号竞购参数识别获得模态参数，成为实验模态分析；如果模态参数是由有限元计算方法取得的，称计算模态分析。
我国汽车制动材料的研究现状及发展趋势（推荐5篇）
我国汽车制动材料的研究现状及发展趋势（推荐5篇）第一篇：我国汽车制动材料的研究现状及发展趋势我国汽车制动材料的研究现状及发展趋势汽车制动器衬片，俗称刹车片，是汽车制动系统中重要的安全部件。
它将汽车运动的动能转化为热能和其他形式的能量，从而使汽车减速或停止。
制动材料是以摩擦为主，兼有结构性能要求的多组分复合材料。
随着我国汽车制造业的不断壮大，制动材料也得到了突飞猛进的发展。
根据2005年中国刹车片市场调查报告，04年国内摩擦材料产量为19.4万吨，其中盘式和鼓式刹车片占85%以上。
国内方面，近年来我国汽车保有量已经达到2570.97万辆，全国每年需求刹车片4亿块左右，市场潜力巨大[1]。
另外，据中国摩擦与密封协会的统计，我国摩擦材料产量保持快速增长的势头，2005年产量30万吨，产值56.27亿元，出口交货值13.3亿元；2006年产量达到37.34吨，产值67.34亿元，出口交货值20.51亿元。
预计在“十一五”末期，我国摩擦材料总产量将达到60万吨，总产值超过100亿元，其中出口交易值40亿元。
随着各国汽车工业的发展和现代社会环保意识的提高，制动材料的运行条件越来越苛刻，人们对它的性能要求也越来越高，可简单将其概括为“三化”。
（1）无石棉，无污染化自从1972年国际肿瘤医学会确认石棉及其高温挥发物属于致癌物后，各国家相继禁止使用石棉摩擦材料。
我国于1999年10月1日开始实施国家标准《汽车制动系统结构、性能和试验方法》（GB12676-1999），其中明确规定“制动衬片应不含石棉”，并在标准实施起48个月后强制施行。
随着人们生活水平的提高，汽车所造成的污染也越来越受到人们的重视，其中刹车片产生的污染也引起了人们的关注。
就制动材料而言，对环境的污染主要来自制动过程中产生的噪音及磨屑中的重金属污染。
为了控制噪音污染，我国于1996年通过了《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，欧洲各国也对机动车辆的噪声释放做出了严格规定（图1，图2）。
A356复合材料制动盘热疲劳评价方法研究的开题报告
高速列车SiCp/A356复合材料制动盘热疲劳评价方法研究的开题报告一、选题背景和意义：高速列车制动盘是高速列车运行过程中非常重要的安全保障设备之一，其质量和性能直接关系到列车运行的安全和稳定性。
传统的高速列车制动盘材料多采用铸铁材料，但是其强度和耐热性都存在一定的局限性。
为了满足高速列车制动盘的高强度、高耐热性以及轻量化的需求，研究人员开始将SiCp/A356复合材料应用于高速列车制动盘的制造中。
然而，由于高速列车制动盘在使用过程中需要承受高温、高压力和高速度等多重环境因素的影响，因此需要对制动盘的热疲劳性能进行评价。
目前对于高速列车SiCp/A356复合材料制动盘的热疲劳评价方法研究还存在一定的不足，需要进行深入探讨。
二、研究内容和目标：本研究的主要目的是开展高速列车SiCp/A356复合材料制动盘的热疲劳评价方法研究。
具体研究内容包括：1. 构建高速列车SiCp/A356复合材料制动盘的热疲劳实验平台。
2. 设计不同温度、不同载荷和不同转速下的热疲劳试验方案。
3. 测试不同工况下高速列车SiCp/A356复合材料制动盘的热疲劳性能。
4. 分析试验结果，建立高速列车SiCp/A356复合材料制动盘的热疲劳性能评价方法。
本研究旨在为高速列车制动盘制造企业提供参考依据，为提高高速列车制动盘的安全性、稳定性和可靠性提供技术支持。
三、研究方法：1. 通过文献调研和试验分析，了解高速列车SiCp/A356复合材料制动盘的热疲劳特性。
2. 设计热疲劳试验方案，包括试验温度、载荷、转速等参数的确定。
3. 制备高速列车SiCp/A356复合材料制动盘试样，并进行材料力学性能测试。
4. 进行热疲劳试验，记录试验数据并对试验数据进行处理和分析。
5. 利用试验数据，建立高速列车SiCp/A356复合材料制动盘的热疲劳性能评价方法。
四、研究预期成果：通过本研究，预计可以实现以下成果：1. 建立高速列车SiCp/A356复合材料制动盘的热疲劳实验平台。
汽车制动系统复模态分析探讨
汽车制动系统复模态分析探讨制动系统是汽车中一个非常重要的系统，其制动系统的振动特性影响着整车NVH性能，特别是制动噪声直接影响乘员的驾驶感受。
当前对制动系统进行噪声尖叫分析，可以由试验进行，或通过仿真方法，如采用Abaqus或Hm进行复特征值分析，通过复特征值分析可以预测摩擦产生的制动尖叫倾向性。
一般复特征值的虚部表示振动频率，实部表示振动阻尼，当实部为正值时，表明系统不稳定，有产生摩擦尖叫的倾向。
本期我们基于Hm工具进行某制动系统复特征值分析。
一、相关理论制动系统的复特征值理论建立制动系统的数学模型进行振动分析，有助于我们更深刻更直观地了解噪声机理。
有阻尼制动系统的自由振动方程为：其中：［Ｍ］、［Ｃ］、［Ｋ］分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵；｛Ｘ｝为振动位移。
汽车制动时，制动力垂直作用于制动块，使制动块与制动盘间产生摩擦阻力，达到减速制动系统引入摩擦力时的振动方程为：其中：｛Ｆｆ｝为摩擦力，｛Ｆｆ｝＝［Ｋｆ］｛Ｘ｝，通过转换可得摩擦力导致的系统刚度耦合，系统刚度矩阵不对称，特征矩阵不对称，求解出的特征值有些是复数，即系统各阶模态频率和模态振型都是复数，即系统各阶模态频率和模态振型都是复数如下式：其中为特征向量；ｓ为特征值。
通过转换可得以下公式：能上式求解可得特征值和特征向量。
系统第ｉ阶特征值为：其中：αｉ为实部，即为系统的不稳定系数；βｉ为虚部，即为系统的不稳定频率。
二、案例实战1、模型说明：如通过建立有限元模型，某制动系统模型如图1所示，简易模型包括制动盘、摩擦片及固定支架等。
图1 简易制动系统模型2、载荷说明：如该制动系统包括三个子工况，分别是（1）制动过程制动力作用于制动盘工况，（2）制动盘旋转工况，（3）复特征值计算工况。
（1）工况一及二定义：制动压力为2.0MPa，以及2Km/h的制动速度。
各零件之间需要建立接触，摩擦系统如设为0.3，采用面面接触，该工况为非线性准静态工况。
发动机缸体模态、刚度、温度分析
1.问题描述：对188MQ水冷缸体进行校核，考察是否满足设计要求.2.问题分析：主要是分析缸体的模态、温度场、热应力、热变形和刚度。
3.缸体分析过程：3.1自由模态计算分析建立有限元模型，采用3mm网格尺寸。
缸体材料属性：铝合金弹性模量取72000，泊松比取0.3，密度为2.7e-9T/mm3。
对1~12000Hz频率的模态进行计算。
自由模态计算结果前四阶模态2183Hz 2849Hz3062Hz 3344Hz4010Hz由上述可知缸套在特定的频率内无局部振型，缸套头部出现的振型在施加螺栓预紧力后可消除。
3.2温度场计算3.2.1边界条件缸体的热传导系数取163W/m*k，比热为900J/（kg0C）；水的热传导系数取1500W/m*k；机油温度400K，环境温度300K。
边界条件如下所示：在燃烧室位置施加2625.14°的一个周期气缸等效温度值，温度施加如下：3.2.2温度场计算结果缸体计算结果，最高温度485K由分析结果可知：温度场分布均匀，小于设计要求最高温度550K满足要求。
3.3热应力计算边界条件导入温度场的计算结果和对缸套顶部施加一个轴向和径向的约束，如下图所示; 计算结果由计算结果可知:缸套的热应力为164.4Mpa ，小于设计要求300Mpa。
3.4热变形计算由计算结果可知：左右11.8+10.3=22.1S,前后10.0+10.3=20.3S,变形差22.1-20.3=1.8S，缸套的径向热变形差小于4S。
满足设计要求。
3.5螺栓预紧力下刚度分析3.5.1密封性分析参考标准计算值结论缸体下端面>1Mpa 15.3Mpa 合格3.5.2缸套变形分析左右1.91-0.45=1.46S ,前后1.15-0.18=0.97S,变形差1.46-0.97=0.49S小于2S，满足要求。
3.5.3缸体侧压力分析缸体底面约束3个方向自由度，在活塞位置施加气缸体侧压力5200.2N。
混合动力汽车再生制动系统的建模与仿真
M odeli n g and S i m ula tion of Regenera tive Brak in g in Hybr id Electr ic Veh icle
ZHANG J ing - m ing,WANG Shi - wei, CHENG Zhi - gang, SONG Bao - yu
1 引言
随着世界汽车工业的发展 ,传统内燃机汽车造成的空气 质量日益恶化 ,石油资源渐趋匮乏等问题引起了人们高度重 视 ,研究和开发低污染甚至无污染汽车成为现代汽车发展的 一个重要课题 。纯电动汽车可实现无污染 ,但是电池技术 、 价 格和寿命等各方面的问题限制了电动汽车的发展 。在这种环 境下 ,融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车 成为新型汽车开发的热点 。混合动力电动汽车可以使发动机
(Automotive Engineering Departm ent, Harbin Institute of Technology in W eihai,W eihai Shandong 264209, China) ABSTRACT: Regenerative braking system is a special system for electric and hybrid electric vehicle. The system can restore the kinetic energy and potential energy, which will be used during start and accelerating, into battery through e2 lectrical machine. A style of structure and a control strategy based on parataxis brake force distribution are p roposed in this thesis, and the p ri m ary models of regenerative braking system are built mathematically . In order to validate the per2 for mance and reliability of the system, sim ulation models of the regenerative braking system are built in MATLAB / Sim 2 ulink based on the imp roved TJ7100 by combining the test data with mathematic model . Lastly sim ulation results are gained to testify the system. Considering the frequent startup / stop and acceleration / brake of HEV in city, urban 15 drive cycles are chosen for sim ulation. The si m ulation results show that effective energy restoration rate of the HEV rea2 ches 17. 2 percent, and fuel economy is imp roved notably, besides exhaust pollution is reduced. The structure and con2 trol strategy of regenerative braking system are p roved to be app rop riate. Theory foundation is established stably for suc2 cedent study on electric vehicle. KEYWO RD S: Hybrid electric vehicle; Regenerative braking;Modeling and sim ulation
发动机汽缸体模态分析方法
东风汽车有限公司标准-DFLCT XXXX—2007发动机汽缸体模态分析方法东风汽车有限公司技术标准化委员会发布前言本标准是为了适应东风汽车公司新产品开发的要求，为东风载货汽车配置的发动机汽缸体制定的模态分析方法。
本标准主要特点如下：- - - - 本标准对文中使用的有关名称给出了术语和定义- - - -本标准提出了东风载货汽车配置的发动机汽缸体模态分析方法。
本标准由东风汽车有限公司商用车技术中心提出。
本标准由东风汽车有限公司商用车技术中心开发管理部法规认证科归口。
本标准起草单位：东风汽车有限公司商用车技术中心CAE室本标准主要起草人：DFLCT—XXXX—2007东风载货汽车发动机汽缸体模态分析方法1、范围1.1本标本标准规定了发动机汽缸体模态有限元分析方法。
本标准适用于东风载货汽车上配置的发动机。
2、规范性引用文件下列文件中的条款，通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误表的内容）或修订版均不适用于本标准。
然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
ECE R29 卡车驾驶室乘员保护要求的规则《关于重卡正面冲撞时的车辆乘员安全性的指导原则》日本汽车研究所3、术语和定义模态系统振动的固有特征，相关的参数主要有固有频率、模态振型、模态质量、模态刚度、阻尼比等。
固有频率结构在受到干扰时易于发生振动的频率。
模态振型结构在特定频率下的变形。
4、分析条件按照卡车驾驶室乘员保护要求的规则（ECE R29）规定的边界条件进行正面摆锤碰撞仿真分析。
按照《关于重卡正面冲撞时的车辆乘员安全性的指导原则》（日本汽车研究所）规定的边界条件进行正面固定障碍壁碰撞仿真分析。
5、分析软件与硬件有限元建模一般应用ALTAIR/HYPERMESH以及TECHNOSTAR/TSV-PRE软件。
应用ALTAIR/OPTSTRUACT、TECHNOSTAR/TSV-ADVC、MSC/NASTRAN软件进行求解。
模拟正常刹车条件下C／C复合材料的摩擦表面结构分析
模拟正常刹车条件下C／C复合材料的摩擦表面结构分析摘要：本文通过模拟正常刹车条件下C/C复合材料的摩擦表面结构，并对摩擦表面进行分析，探讨了材料内部结构的表面因素对摩擦性能的影响。
结果表明，表面凸起对摩擦性能有显著影响，凹陷较小。
同时，纤维层厚度和热处理温度的不同也会对摩擦性能造成影响。
关键词： C/C复合材料；摩擦表面结构；内部结构；摩擦性能IntroductionC/C composite materials have been widely used in aerospace, automobile, and other fields due to their high specific strength, high temperature resistance, and low thermal expansion coefficient. As a key component in brake systems, C/C composite materialsplay an important role in ensuring driving safety. In the braking process, the friction between the brake pad and the brake disc generates heat, which causes wear and tear on both brake pad and brake disc surfaces, and affects the braking performance of the system. Therefore, it is of great significance to study the friction surface structure and its influence on the friction performance of C/C composite materials.MethodologyIn this study, we established a model of the frictional contact between the C/C composite material brake pad and the brake disc under normal braking conditions. The internal structure of the C/C composite material was modeled using the finite element method. The effect of surface factors on the friction performance of C/C materials was analyzed, including surface roughness, thickness of fiber layers, and heat treatment temperature. The surface structure was simulated and analyzed by scanning electron microscopy(SEM).Results and DiscussionThe simulation results show that the surface structure of the C/C composite material has a significant effect on the friction performance. In the friction contact area, the high points on the surface of the brake pad play a key role in maintaining the contact between the brake pad and the brake disc, which is related to the friction coefficient of the material. The roughness of the brake pad surface affects the friction coefficient of the brake system, with a rougher surface leading to better friction performance.The thickness of the fiber layers in the C/C composite material also affects the friction performance. The thicker the fiber layers, the better the friction performance, because the thicker fiber layers have more contact points with the brake disc, which increases the friction area and improves the friction coefficient.The heat treatment temperature also has an important impact on the friction performance of the C/C composite material. The SEM images indicate that the surface structure of the C/C composite material changes significantly after heat treatment. At high temperatures, the carbonization reaction between the carbon fibers and the carbon matrix leads to the formation of a dense carbon layer on the surface of the material, which improves the strength of the material and enhances the friction performance.ConclusionIn this study, we simulated the surface structure of C/C composite material under normal braking conditions and analyzed the factors that affect the friction performance of the material. The results show that the surface structure of the C/C composite material has a significant impact on the friction performance of brake systems, and the surface roughness, thickness of fiber layers, and heattreatment temperature all play important roles. These findings provide valuable insights for the optimization and design of brake systems, which will ultimately enhance the driving safety of vehicles.In addition to the factors analyzed in this study, there are other surface factors that may also affect the friction performance of C/C composite materials, such as the surface porosity, surface chemistry, and surface morphology. These factors need further investigation in future studies.Moreover, the simulation model used in this study only considered the normal braking conditions, but in reality, braking conditions can be complex and vary according to different scenarios. Therefore, the friction performance of C/C composite materials under different braking conditions needs to be further explored to provide more comprehensive insights into the design and optimization of brake systems.Overall, the study provides a deeper understanding of therelationship between the surface structure of C/C composite materials and their friction performance in brake systems. These findings are crucial for improving the design and performance of brakes, as well as enhance the safety of driving.Furthermore, the findings of this study have significant implications for the development of new C/C composite materials with improved friction performance. By understanding how different surface structures affect friction, researchers can tailor the surface properties of C/C composites to enhance their wear resistance and thermal stability, which are critical factors for effective braking.This research also has potential applications beyond the automotive industry. C/C composites are widely used in aerospace, industrial, and military applications, where high-performance brakes are essential for safety and efficiency. By improving the friction performance and durability of C/C composites, this research can lead to safer and more efficient operations in various industries.The study also highlights the importance of interdisciplinary research in materials science and engineering, combining theoretical modeling with experimental testing. Researchers in this field need to work together to develop a holistic understanding of the factors that affect friction performance in brake systems.In conclusion, this study provides valuable insights into the surface structure of C/C composite materials and their friction performance in brake systems. Further research is needed to explore the impact of additional surface factors and braking conditions, to optimize the design and performance of brake systems, and to improve the safety and efficiency of transportation and other industries.In addition to optimizing the design and performance of new C/C composite materials, researchers must also consider the environmental impact of these materials. The manufacture of C/C composites involves high energy consumption and carbon emissions, which contribute to climate change. Therefore, there isa growing need for sustainable and eco-friendly alternatives to conventional brake materials.One promising approach is the development of bio-based composites, using renewable and biodegradable materials such as natural fibers and resins. These materials offer the potential for reduced environmental impact, as well as improved performance and safety in braking applications.Moreover, improving the performance of brake systems is not enough on its own to ensure safer driving. It is equally important to promote good driving habits and to educate drivers on safe driving practices, such as maintaining proper following distances, avoiding sudden stops or accelerations, and being aware of road conditions.In conclusion, continued research into the surface structure and friction performance of C/C composite materials is crucial for designing safe and efficient brake systems. However, this researchmust be accompanied by efforts to promote sustainable and eco-friendly alternatives to conventional materials and to educate drivers on safe driving practices. By working together, researchers, manufacturers, and drivers can contribute to a safer and more sustainable future for transportation.As an AI language model, I don't have personal opinions or beliefs. I provide information based on data and facts. However, I can say that promoting safer and more sustainable transportation is essential for the well-being of individuals, communities, and the planet as a whole. It is necessary to consider not only the technical and economic aspects of designing and manufacturing brake systems but also the social and environmental impacts of these systems.。
Abaqus复模态分析在制动器领域的完美解决方案
系统复模态分析:制动系统尖叫噪声1刹车制动时刹车片挤压运动中的轮盘产生的摩擦力可引起这种不稳定问题具体刹车制动时刹车片挤压运动中的轮盘，产生的摩擦力可以达到减速的效果，但是这种制动机理将会导致系统的动力学不稳定性，刹车噪声是制动过程中动力学不稳定造成的。
引起这种不稳定问题，具体是由于两种相邻模态的耦合引起的。
这两种模态的频率值非常接近，因此其特点也很相似同时这两种模态会其特点也很相似，同时这两种模态会随着摩擦的增加而相互融合起来。
当这两种模态以相同的频率结合起来（耦合）时其中个就开始变得不稳耦合）时，其中一个就开始变得不稳定。
通过提取复合特征值可以确定这个不稳定模态。
成功应用的用户如Delphi, TRW and BMW系统复模态分析: 制动系统尖叫噪声2应用案例一分析模型：简化模型由一个转子和两个刹车片组成，两个刹车片分别位于转子的两侧，同时还包括绝应用案例一：两个刹车片分别位于转子的两侧同时包括绝缘片和支撑板。
材料：刹车片是由各向异性的弹性材料制成，而转子是由铸铁制成支承板是由铁制成支承而转子是由铸铁制成。
支承板是由铁制成，支承板和绝缘同时位于刹车片后方。
有限元模型：26,000 elements (C3D6, C3D8I)37,000 nodes440,000 degrees of freedom ,g系统复模态分析: 制动系统尖叫噪声ABAQUS 提供完全集成的分析综合模拟带摩擦的接触以3ABAQUS 提供完全集成的分析,综合模拟带摩擦的接触,以及复特征值分析．Step 1: 确定接触特性：把压力作用在绝缘体外侧表面上p 确定接触特性：把压力作用在绝缘体外侧表面上Step 2: 转动制动盘，建立稳态平衡方程Step 3:提取自然频率，进行稳态分析Step 4:提取复特征值,包含摩擦对刚度阻尼矩阵的影响作用系统复模态分析: 制动系统尖叫噪声5右图为当摩擦系数分为0.3和0.5的时候频率和阻尼比的曲线图阻尼比的表达：，其中是复合特征值。
单元式制动缸应用调查及分析
单元式制动缸应用调查及分析成铁科技2010年第2期单元式制动缸应用调查及分析裴静裴静:重庆车辆段工程师路电:063—48334摘要针对客车单元制动缸在运用中存在的主要故障,从设计结构原理出发,结合检修和运用,提出解决问题的措施和建议.关键词客车制动缸故障措施随着旅客列车的提速发展,单元式制动缸应用也越来越广泛.在单元制动缸投人大量运用的过程中,我们不断地发现问题,查找原因,分析总结,并提出解决问题的措施和办法.1单元制动缸概况目前普通旅客列车安装的单元制动缸/踏面清扫器主要有膜板式和皮碗式两种型式,膜板式主要有SPSPSP,SP4系列,皮碗式主要有两种系列,一种是四方车辆研究所生产的SYSZ.,SYSZ,PDZG,PDZG系列,为,另一种是南京广道公司生产的STGl,STG2等.规格均为10",8",6三种,主要由两部分组成,一部分是膜板或皮碗式制动缸,另一部分是闸片间隙自动调整器.2各型单元制动缸在使用中的常见故障及原因分析2.1STG型皮碗式单元制动缸2.1.1常见故障:它在运行中的常见故障主要有:漏泄,制动及缓解不良.2.1.2原因分析:一是老式STG型系列单元制动缸在结构上存在设计缺陷:①固定橡胶皮碗采用尼龙支撑环定位,在运用中易变形松弛,导致橡胶皮碗非正常作用引发漏泄.②缸体与后盖结合部采用涨圈密封方式密封效果较差,污物,污水易浸人缸体导致内壁锈蚀,锈坑,加剧了皮碗的老化引发漏泄.③老式STG型制动缸缸体上无防尘套装置设计,内部受污染现象严重,导致制动缸作用不良.二是检修工艺执行不严格造成单元制动缸在运用中故障概率增高.主要表现在:①检修时润滑脂涂抹涂抹不足,造成单元制动缸运行1年左右时因各运动部位油脂挥发稀薄,引发皮碗干摩擦导致漏泄;②各部磨耗过限.单元制动缸在调整螺母与调整挡铁等配件相互摩擦,各啮合面磨耗过限,配合不良,导致单元制动缸作用不良;③异物或杂质影响单元缸的作用;④皮碗材质达不到质保期.2.2SYSZ(PDZ—G)型皮碗式单元制动缸2.2.1常见故障:主要是漏泄,近两年来我段在运用中因为漏泄更换SYSZ(PDZ—G)系列单元制动缸及踏面清扫器63个,危害性非常大.2.2.2原因分析:SYSZ(PDZ)系列单元制动缸存在着设计上的缺陷易产生运用中漏泄现象. 该类型单元缸前套筒与其缓解弹簧座在制作中为加工方便做成分体式,中间连接螺纹丝扣不到4丝,且无锁紧装置或紧固螺母,在运用中在缓解弹簧压力作用下,易出现滑丝,松动及脱落,从而引发制动缸漏泄.2.3SP型膜板式单元制动缸2.3.1常见故障:该系列单元制动缸在运行中性能比较稳定,故障率相对较低.主要故障表现为膜板破裂漏风,制动缓解不良.2.3.2原因分析:一是国产橡胶膜板由于批量材质差异,运用中膜板破损穿孔造成漏泄.二是由于老型单元制动缸在结构上无防尘套设计,造成缸体内锈蚀严重,发生制动缓解不良现象.三是丝杠啮合齿在运行中磨耗严重,失效较多.四是缸盖与缸体组装时各部螺栓扭力不均匀造成在运行中轻微漏泄.3应对措施3.1消除部分设计缺陷.一是对进入段修的所有SYSZ(PDZ)系列单元缸(踏面清扫器)前套筒与缓解弹簧座间的连接部位采取点焊方式进行加固,同时对点焊后的鞲鞴套筒与原套单元制动缸严格施行配套组装,不允许混装.二是对组装后的STG系列单元缸在其缸体与缸盖体(下转3l页)2l?成铁科技2010年第2期凝土柱必须有较高的配筋率,包括较高的最小主筋配筋率和最小箍筋率尤其在柱端的机密区必须有相当数量的箍筋.4型钢钢骨混凝土柱钢骨混凝土结构是把型钢置入钢筋混凝土中,使型钢,钢筋,混凝土3种材料协同工作以抵抗各种外部效应的一种结构形式.配置工字形型钢的型钢混凝土柱的轴压比限值不能显着提高.配置十字形型钢的型钢混凝土柱的轴压比限值提高效果较好,含钢率相同的条件下,提高幅度随混凝土强度的提高而降低.在抗震设计中,为能在满足延性要求的前提下,有效减小柱截面面积,建议在型钢混凝土柱中配置十字形型钢,并通过调整混凝土强度等级,型钢的含钢率和型式,其轴压比限值比钢筋混凝土柱提高20%以上.5钢管高强混凝土柱在我国,钢管混凝土的研究和应用都较成熟,采用钢管混凝土这种组合形式,既能充分发挥约束混凝土的承载能力,又具有很大的延性,是一种极为合理的应用方法.轴压比是影响钢管高强混凝土核心柱延性的重要因素,轴压比越大,延性越差,应对其轴压比进行限制.表2给出了钢管高强混凝土核心柱的设计轴压比限值系数和轴压力限值系数的建议值.表2钢管高强混凝土核心柱的轴压力限值系数抗震等级一级二级三级C600.7O0.8O0.9oC700.65O.75O.85C800.6o0.7O0.80在高层建筑的设计中,对于受到尺寸限值,需要较高轴压比的柱,可以考虑采用本文介绍的几种形式的柱形来满足设计的要求.(上接21页)结合部全数涂打金属密封胶来减少外部污物的浸入.三是对设计工厂和皮碗制造工厂提出相应工艺加强要求,确保新品的源头质量.3.2强化检修质量.一是严格检修工艺,加强对STG系列单元缸缸体检查测量.凡是缸体内壁有锈斑(用砂子不能消除),内壁有凸起,缸体外部锈蚀深度超过3ram等一律报废.二是强化单元缸的清洗质量,严格执行二次清洗工艺.三是规范单元缸检修时润滑脂的使用.3.3加强各工序间的质量卡控.一是加强各管系的吹尘除垢,我段深刻吸取教训,狠抓管系吹尘质量,工长,质检员全数复查,将管系内杂物降低到最低限度.二是单车试验时,一律采取微控试风和普通单车试风相结合,保证了单车试验数据的真实可靠.三是针对单元缸在运行中存在的不良现象,运用车间开展每月一次专项检查整治,对所有盘形车辆逐个进行单辆单车试验,预防了单元缸在运行途中发生故障的可能性,保障了旅客列车的安全运行.4产生的效果.由于我段措施得当,管理到位,自2009以来我段单元制动缸在运行中的故障机率同比大幅度下降,全年未发生一起因单元制动缸故障造成客车行车故障.我段对SYSZ系列单元缸的缓解弹簧座实行点焊的1832个单元缸装车运行到现在无一漏泄, 取得了非常好的效果.31?。
复模态分析在制动异响问题解决中的应用
复模态分析在制动异响问题解决中的应用赵静海;李国鹏;王德宸【摘要】建立制动钳、盘闭环耦合系统模型[1],通过复模态分析确定系统不稳定模态,模态频率与试验制动异响问题频率一致.通过分析仿真结果,识别出制动盘是该系统中引起制动异响问题的主要原因,并通过调整制动盘结构,使异响问题得到解决.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】2页(P70-71)【关键词】复模态分析;制动盘;制动异响【作者】赵静海;李国鹏;王德宸【作者单位】长城汽车股份有限公司技术中心,河北省汽车工程技术研究中心,河北保定071000;长城汽车股份有限公司技术中心,河北省汽车工程技术研究中心,河北保定071000;长城汽车股份有限公司技术中心,河北省汽车工程技术研究中心,河北保定071000【正文语种】中文0 引言汽车制动过程中产生的制动噪声是一个复杂的动力学问题。
制动尖叫是由摩擦闭环耦合诱发、制动器各组成部件动态参数匹配不当引起的自激振动。
复模态分析能够通过建立闭环耦合系统模型，查找出系统中的不稳定状态，被广泛应用于汽车制动异响问题的分析中。
文中进行制动复模态分析，并结合实际问题，介绍了复模态分析的应用。
1 制动复模态分析使用有限元分析软件建立制动钳、盘耦合摩擦闭环系统模型 (图1)。
图1 制动复模态仿真分析模型在该模型相互作用关系中，体现出制动钳钳体、钳架之间的滑动关系，摩擦片与钳架、钳体之间的接触关系以及摩擦片与制动盘之间的摩擦接触。
在载荷设置模块中约束制动盘安装孔、钳架安装孔的平动自由度，在制动油缸和钳体之间施加相互作用力。
在分析结果中提取结构的复特征值和系统阻尼比(图2)，找出结构不稳定模态［2］。
图2 系统阻尼比分析显示系统在6 555 Hz下阻尼比较大，存在一个不稳定模态。
2 制动异响问题实车测试仿真的制动器总成系统在实车制动中发生明显尖叫性制动异响问题，采用LMS振动噪声数据采集设备进行测试，数据处理后发现制动器异响问题发生频率段为6 600 Hz左右，测试处理数据见图3。
新型复合材料汽车刹车片的研制及模态分析的开题报告
新型复合材料汽车刹车片的研制及模态分析的开题报告
一、研究背景与意义
汽车刹车片是汽车行驶过程中不可缺少的零部件之一，其安全性和耐久性直接关系到汽车的行驶安全和车辆成本。
随着汽车制造业的发展和环保意识的提高，新型复合材料汽车刹车片作为一种新型环保材料，其应用越来越广泛。
新型复合材料刹车片具有质量轻、耐磨性强、能抗高温、不污染环境等优点，已被广泛应用于高档汽车和赛车等领域。
因此，研制新型复合材料汽车刹车片具有重要的现实意义。
二、研究目的
1）探究新型复合材料刹车片的生产工艺，确定最佳制造工艺。
2）通过模态分析方法，研究新型复合材料刹车片的固有频率和振型，为刹车片设计提供理论基础和设计参考。
三、研究方法
1）对不同材料进行对比试验，确定最佳的刹车片材料。
2）根据选定的材料，采用成型工艺进行制备。
3）利用有限元分析软件对新型复合材料刹车片进行模态分析。
四、预期成果
1）生产出质量稳定、性能优越的新型复合材料刹车片。
2）通过对新型复合材料刹车片进行模态分析，获得其固有频率和振型，为刹车片的设计提供理论基础和指导意见。
五、研究计划
1）2021年3月-4月：收集资料，确定研究方向和目标。
2）2021年5月-6月：对不同材料进行对比试验，确定最佳的刹车片材料。
3）2021年7月-8月：采用成型工艺对新型复合材料刹车片进行制备。
4）2021年9月-11月：利用有限元分析软件对新型复合材料刹车片进行模态分析，并分析结果。
5）2021年12月-2022年2月：总结分析结果，撰写论文，准备答辩。
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３３４０ ０．８２３
０，５８９
７５８５
１．７５８ ０ ７６７
玻纤／不 饱和聚酯
树脂
２７９７
０．８】０
０．５６１
６２４８
１．７４２ Ｏ ７１５
ＡＮＳＹＳ计算模态分析的步骤为：①建立结构有 限元模型；②施加约束。定义分析类型、求解方法和
输出结果控制；③扩展模态；④结果后处理。ＡＮ－
ＳＹＳ提供了７种模态提取方法，分别是Ｂｌｏｃｋ－Ｌａｎｅ－
２。
衰１实验用仪器
名称
型号
生产厂家
测力锤（配５１１０型 力传感器）
５２０ｌ
北京铡振仪嚣厂
加速度传感嚣 （带ｃｚ系列磁座）
ＹＤ一３６
北京测振仪器厂
电荷放大器
ＤＨＦ一４
北京测振仪器厂
并口数据采集仪
Ｐ６０２１６１
北京披浩世纪科 技发展有限公司
ｖｉｂｓＹｓ振动信号采囊， 处理和分祈系统
Ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗ， Ｖ１．０２
北京渡谱世纪科 拄发展有限公司
３制动缸的计算模态分析 在进行制动缸计算模态分析时假设为无阻尼系
统。对于制动缸这种小阻尼结构．在动力计算中忽 略阻尼是允许的，因为就阻尼理论的发展程度及人 们对阻尼问题掌握的知识而言，还很难在有限元模 型当中较正确地处理阻尼和阻尼分布问题。因此． 即使考虑阻尼的因素也很难避免由于阻尼假设引起
ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｆａｔｉｇｕｅ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．ａｎｄ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｌｐｅｘｌｍｅｍａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｎｄｍｔｒｌａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ０ｆｅｏｍｐｏｓ－ ｉｔｅ ａｕｔｏｍｏｂｌｉｅ ｂｒａｋｅ ｅｙｌｌｎｄｅｒ．
２００７年中国工程甥料复合材料技术研讨会论文集
复合材料汽车制动缸的模态分析
孟春玲张力 田正兵叶都长
（北京工商大学机械自动化学院，北京１０００３７）
摘要蛄合现代濞Ｊ试手轻和模态分析技术，以ＥＸｌ０１５型汽车制动缸为例．对自行研制的三种复合材料汽车制 动缸和空属制动缸进行了模态实验和有限元模态分析．得到了模态参敷，研究结果为振动、疲劳和噪声等问题的进 一步斫完奠定基础，为蔓合材井汽车制动缸的工业化生产提供理论和实验基础。
ＫＥＹＷＯＲＩＤＳ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｒａｋｅ ｃｙｌｌｎｄｅｒ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ。ｍｏｄｅ ｆｌｉｔ山越８
能网格露Ⅱ分（Ｓｍａｒｔ Ｓｉｚｅ＝６），得到制动缸的有限元
模型。共有３９７７个节点，３０９４９个单元，见图２。
笔者选用子空间法”’（Ｓｕｂｓｐａｅｅ）对制动缸进行 计算模态分析，提取出了三种复合材料制动缸和金
属制动缸的前５阶模态参数．见表３。不同材料制 动缸具有基本相同的振型，制动缸的前５阶振型示
汽车制动缸的结构较为简单，其缸筒为通孔，需 搪磨。多数制动缸有两个等直径活塞，少数有４个 等直径活塞。ＥＸｌ０１５型汽车制动缸见图１，有一个 进油孔和一个出油孔，进油｝Ｌ和出油孔相对制动缸 轴线对称分布，两个安装的螺栓孔，也呈对称分布。 笔者根据汽车制动缸的使用性能要求．进行了复合 材料汽车制动缸的材料设计和成型工艺研究，经过 反复试验，成功研制出了玻纤／镁酚醛树脂复合材料 制动缸、玻纤／环氧树脂复合材料制动缸、玻纤／不饱 和聚酯树脂复合材料制动缸。在此基础上，笔者通 过实验模态分析和计算模态分析，对三种新型复合 材料制动缸和传统金属制动缸进行了振动性能的对 比研究。
美键词汽车刺动缸复合材料模态分析
为了适应汽车零部件向着轻量化、低成本、长寿 命方向发展的需要，复合材料在汽车上的应用越来 越广泛。各种轻、微型客货车均采用油压制动。制动 缸是汽车液压制动系统采用的活塞式制动蹄的张开 机构。随着我国汽车工业的不断迅猛发展，对制动 缸的需求非常可观。目前国内生产的制动缸是用金 属铸造成型，用复合材料代替金属制造制动缸，具有 减重、减振降噪、节约能源、保护环境等一系列的优 点…。复合材料汽车制动缸已经在国外得到了广 泛的应用“·，而国内复合材料汽车制动缸的研究还 处于起步阶段，迄今为止尚未见到有关复合材料汽 车制动缸生产工艺和工业化应用方面的相关报道。
学模型；③模态参数识别。模态测试系统”１由激振 系统、信号拾取系统、数据采集和数据处理系统三部
分组成。激振系统为力锤，力传感器测量激励信号，
安装在力锤上；加速度传感器测量测点响应信号，用
蜡粘于制动缸体的外表面。
在实验中要注意合理地选择激振点和拾振点的
位置，这对于获得正确可靠的模态分析结果十分重
要。选择激振点位置时，应尽可能避开各阶模态的
制动缸，力传感器拾取激励信号并转换成为电荷信
号，加速度传感器拾取制动缸的响应信号并转换成 为电荷信号，电荷放大器将电荷信号放大成为适合
扭４量的电压信号，并口数据采集仪将采集到的电压
信号输人到计算机中，最后使用Ｖｉｂ５ＹＳ软件对采
集到的信号进行处理、分析，在０—２００００ Ｈｚ范围内 识别出三种复合材料制动缸和金属制动缸的前２阶 模态参数（固有频率、阻尼系数和振型系数），见表
图２制动缸的有限元模型
（Ｂ）
（ｂ）
（ｃ）
（ｄ）
（ｅ）
ｏ一阶振型圈：绕ｚ轴转动；ｂ一二阶振型图；绕ｘ轴转动；
ｃ一三阶振型图：承平摆动；ｄ－－－四阶振型图：垂直摆动；
ｅ一五阶型图：绕ｘ轴摆动
圈３搌型示意图
（２）通过实验模态分析和计算模态分析，得到
了传统金属制动缸和三种新型复合材料制动缸的固 有频率、振型等模态参数。从复合材料制动缸和金 属制动缸的模态对比分析中可以看出，复合材料制 动缸的固有频率低于金属制动缸，模态阻尼高于金 属制动缸。这是因为复合材料是由基体相、增强相 和界面相组成的，增强体（增强相）与基体树脂（基 体相）的粘结界面（界面相）具有很好的吸振能力， 使复合材料制动缸具有较高的阻尼系数。阻尼系数 是衡量材料减振降噪能力的重要指标，因此复合材 料制动缸比金属制动缸具有更好的减振降噪性能。
在上述假设条件下，弹性体结构动力学的振动
方程为：
埘＋Ｊ略＋６＂８＝ｒＯ）
（１）
式中朋、Ｋ、Ｃ分别为质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩
阵；
，（‘）是随时间变化的载荷向量；
８，８、６分别是节点各自由度方向上的加速度、
速度和位移向量”ｊ。
当不受外载荷且忽略阻尼时，结构的无阻尼自
由振动方程为：胁＋渤＝０，其解是一组简谐振动的
Ｍｅｎｇ Ｃｈｎｎｌｉｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｌｉ，Ｔｉａｎ Ｚｈｅｎ出Ｉｌｇ，Ｙｅ ＤＩ】ｄ眦墙 （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｅｉｎｅｅ，岫ｔａｘｉ Ａｕｔｍｎａｔｌｏｎ，ＢｅｌｊｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍｔ Ｂｕｔｉｎｏｍ Ｕｎｉｖｅｎｉｔｙ，Ｂ耐ｉｎ￥１０００３７。Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ日ｔｌｏｄｅｒｌｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅａｎｓ ｗｉｔｈ ｍｏｄｅ¨由８ｂ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｔｙｐｅ．ＥＸｌ０１５ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｒａｋｅ ｃ小 ｉｎｄｅｒ∞∞ｅｘａｍｐｌｅ．ｍｏｄｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｎ ｍｅｔａｌ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｒａｋｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｌｄｎｄｓ ｏｆ ｓｅｒｆ－ｍａｄｅ ｃｏｍｐ０６ｉｔｅ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｒａｋｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍＤｄｅ ａｎａｌｙｓｉＢ ｏｆ ｔｈｅｍ ｍｍ ｄｏｎｅ．Ｍｏｄｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｏｒｅ ａｃｑｕｉｒｅｄ．Ｔ１ｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｍｖｉｄｏｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ
社．２００２． ［５】史科骏等．轿车副车架模态试验与分析［Ｊ】．噪声与振动控制，
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ＭＯＤＥ ＡＮＡＩ—ＳＩｓ ＯＦ １ＨＥ ＣｏＭＰＯＳⅡＥ ＡＵＴｏＭｏＢⅡ凰ＢＲＡＫＥ ＣＹＬＤ∞ＥＲ
节点和节线位置，以便能够激励出尽可能多的模态。 同时应使测点响应信号的幅值足够大，使各测量信 号有良好的信噪比”，。根据汽车制动缸体的形状
结构特点以及考虑到传感器的安装等因素，在制动
缸体的外表面上均匀对称地布置多个激振点。
由于制动缸的体积较小且材质较剐硬，采用单
点激励法进行实验模态分析。实验过程中，制动缸 处于自由状态，实验用到的仪器见表１。测力锤激励
叠加。设方程的解为：６＝Ｘｃｏｓ∞ｔ。则可得齐次方程 组：（置一０）２Ｍ）Ｘ＝０。困自由振动时，各自由度的振
幅工不可能全部为０，因此要有非零解，系数矩阵行
列式的值必须为０，即：ＩＫ—ＡＭＩ－０，其中Ａ＝０）２。 在ｎ自由度系统中，矩阵足和矩阵肘均为ｎ阶方
阵，ｌＫ一＾肘ｌ＝Ｏ则为的＾ｎ阶高次方程，求Ａ值的 问题也就是求广义特征值问题。在求得方程特征值
态参数，称为实验模态分析；如果模态参数是由有限 元计算的方法取得的，称为计算模态分析。
模态分析实质是一种坐标变换的过程。它建立 了从物理模型到模态模型之间的桥梁，建立了频率
响应函数与系统的动态特性之间的关系。模态分析
必须遵循以下几个基本假设：①线性假设；②时不 变假设；③可观测性假设；④互易性假设。
意图见图３。
寰３村动缸的计算模态参数
金属缸 玻纤／镁酚醛树脂缸 ＃＃，环＃树ｌ自目 玻纤／不饱和聚酯枷自缸
颠辜 拓型系鼗 频率 振墅系萤 錾辜 拓型系鼓 赣草 振型系敷
５鼬 ｍ ５６４５ ３２聊 Ｏ ３２站 ３２Ｄ１ ０ ６１９４
鸽８３
朔ｌ ｎ８６＆ ７５３０ ０．４１３】 ７４３９ ｎ７９４３
鲫
１０５１３ ０．掰％ 躬Ｍ ０．４邸 ８７７５ ０．盯孵
的误差。
裹２翻动缸的实验模森参敏
制动缸 种类
金属
Ｉ阶额 １阶阻尼 １阶振型 ２阶频 ２阶阻尼 ２阶振型