带式制动器有限元分析与试验研究

论文摘要

“十一五”是我国造船业向第一造船大国目标迈进并实现由大到强发展的关键时期，但船舶配套设备发展的滞后，将严重制约我国船舶工业的健康发展。锚机用带式制动器作为船舶配套机械的重要组成部分，由于目前使用的设计方法速度慢、效率低、不能对它的性能进行全面的分析和计算。为了在制造成本、周期和市场快速响应等方面满足市场需求，提高产品的竞争力，需对其进行系统分析。本文以某超级油轮锚机用带式制动器作为研究对象，建立了制动带、沉头螺钉和摩擦片的三维实体模型，应用有限元法进行了机械应力场、瞬态温度场的分析研究，并对其进行了动态应变电测试验，校验了有限元分析模型。具体研究工作包括：1．从挠性体摩擦及传热问题的基本理论出发，进行了带式制动器在额定工况下及制动工况下的受力分析及热载荷的理论计算，为有限元分析模型边界条件的确定提供依据。2．应用建模软件SolidWorks建立了带式制动器的三维实体模型。3．应用MSC.Patran／MSC.Nastran软件对带式制动器进行了额定工况下的机械应力分析，且对该工况下的带式制动器表面进行了动态应变电测试验。通过有限元分析结果与所测点应力值对比，验证了有限元分析模型的正确性，为对带式制动器进行摩擦接触的数值仿真提供理论支持。4．研究了带式制动器制动工况下的应力分布、制动带与摩擦片连接沉头螺钉的受力情况，校核了带式制动器与沉头螺钉的强度。5．应用MSC.Patran／MSC.Marc软件对带式制动器进行了制动过程瞬态温度场分析，揭示了摩擦片和制动带的温度分布及变化情况。本文的计算分析结果为进一步进行带式制动器的热分析打下了良好的基础，且对带式制动器及其它摩擦副的设计具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 本文主要符号表
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 本文研究对象
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.4 本文工作
• 1.4.1 本文研究内容
• 1.4.2 论文结构框架
• 1.5 本章小结
• 第2章 有限元法与测试技术
• 2.1 有限元法
• 2.1.1 有限元求解的基本步骤
• 2.1.2 有限元分析软件平台
• 2.2 应变电测技术
• 2.2.1 非电量电测系统
• 2.2.2 应变电测技术
• 2.3 本章小结
• 第3章 挠性体摩擦及传热问题的基本理论
• 3.1 挠性体摩擦理论
• 3.1.1 圆柱轮顺时针旋转
• 3.1.2 圆柱轮逆时针旋转
• 3.2 传热问题的基本理论
• 3.2.1 三种基本热传递方式
• 3.2.2 导热微分方程
• 3.2.3 导热微分方程的单值性条件
• 3.2.4 热传导问题的有限元法
• 3.3 本章小结
• 第4章 制动带机械应力分析与试验研究
• 4.1 制动带机械应力分析
• 4.1.1 制动带有限元分析模型
• 4.1.2 机械应力分析结果
• 4.1.3 强度校核
• 4.2 带式制动器应变电测试验
• 4.2.1 测试目的
• 4.2.2 测试系统
• 4.2.3 测试仪器
• 4.2.4 测试分析软件
• 4.2.5 测点布置与测试结果
• 4.3 有限元分析结果与试验结果比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 带式制动器制动过程接触问题分析
• 5.1 三维简化模型
• 5.2 网格划分及单元处理
• 5.3 载荷及边界条件
• 5.3.1 受力分析
• 5.3.2 沉头螺钉的模拟
• 5.4 材料物性参数
• 5.5 结果分析
• 5.5.1 Mises应力
• 5.5.2 Max shear应力
• 5.5.3 Displacement位移
• 5.5.4 强度校核
• 5.6 本章小结
• 第6章 带式制动器制动过程瞬态温度场分析
• 6.1 接触界面的压力分布
• 6.2 锚链速度的确定
• 6.3 制动热流密度
• 6.4 热流分配系数
• 6.5 制动过程瞬态温度场分析
• 6.5.1 热力学模型简化
• 6.5.2 网格划分
• 6.5.3 载荷及边界条件
• 6.5.4 结果分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文