汽车鼓式制动器接触及热参数化有限元分析

论文摘要

汽车鼓式制动器工作时所受的力和热状况复杂,对它的研究涉及多体动力学、摩擦学、接触力学和传热学等多种学科。国内汽车鼓式制动器产品研发还停留在经验与类比设计阶段。因此,采用先进的设计手段,提升鼓式制动器的研发能力,对提高汽车鼓式制动器生产企业的产品竞争力具有重要意义。本文首先分析了参数化设计在有限元分析当中的实现过程,阐述了ANSYS中的参数化分析技术以及有限元建模和网格划分的原则。在此基础上,运用ANSYS的参数化设计语言APDL建立了汽车鼓式制动器的参数化有限元模型。其次,对汽车鼓式制动器的受力状态进行了分析,采用效能因数法对其制动力矩进行了分析计算,确定了接触分析的边界条件;分析了车辆制动时的能量分配过程,采用能量分配法设定了鼓式制动器在一次紧急制动工况下的热边界条件(包括对流换热系数和热流密度);将鼓式制动器工作时所受的力、热边界条件进行参数化。然后,综合利用ANSYS的二次开发语言APDL和UIDL建立汽车鼓式制动器参数化有限元分析平台。通过改变此分析平台的几何参数和网格控制参数便可以得到不同几何结构和不同计算规模的汽车鼓式制动器的有限元模型,通过改变材料参数便可以进行不同材料匹配的制动器的有限元分析。最后,运用建立的汽车鼓式制动器参数化有限元分析平台对E260鼓式制动器进行了接触非线性分析和瞬态热分析,深入地分析了该型号制动器的应力场、变形、温度场以及摩擦片上的接触压力。课题研究工作得到了吉林省汽车产业发展专项资金项目“汽车鼓式制动器虚拟样机研制及E260鼓式制动器结构优化设计”(项目编号:D507C532414)的资助。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 鼓式制动器简介
• 1.4 本文思路及主要工作
• 第2章 参数化有限元分析技术
• 2.1 参数化设计在有限元中的实现
• 2.1.1 参数化设计思想
• 2.1.2 ANSYS 中的参数化设计
• 2.2 ANSYS 二次开发语言
• 2.2.1 APDL 语言简介
• 2.2.2 运用APDL 进行实体建模的原则
• 2.2.3 UIDL 语言简介
• 2.3 本章小结
• 第3章 参数化有限元建模
• 3.1 有限元建模原则
• 3.1.1 保证分析精度的原则
• 3.1.2 控制模型的规模原则
• 3.2 网格划分方法和原则
• 3.3 参数化有限元模型的建立
• 3.3.1 结构简化
• 3.3.2 参数确定
• 3.3.3 实体模型的建立
• 3.3.4 有限元模型的建立
• 3.3.5 ANSYS 中接触关系的创建
• 3.4 本章小结
• 第4章 边界条件的确定
• 4.1 接触问题概述
• 4.2 制动器力学模型
• 4.3 接触边界条件的施加及求解设置
• 4.3.1 边界条件的确定
• 4.3.2 接触算法选择
• 4.3.3 求解设置及载荷步的设定
• 4.4 热分析问题概述
• 4.4.1 分析方法的确定
• 4.4.2 热分析求解基本理论
• 4.5 车辆制动时的能量分配
• 4.6 热分析物理模型的简化
• 4.7 热分析边界条件的确定
• 4.8 本章小结
• 第5章 鼓式制动器有限元分析平台的开发
• 5.1 接触分析界面
• 5.1.1 接触分析菜单
• 5.1.2 接触分析对话框
• 5.2 瞬态热分析界面
• 5.2.1 瞬态热分析菜单
• 5.2.2 瞬态热分析对话框
• 5.3 应用实例
• 5.3.1 接触分析模块的应用
• 5.3.2 瞬态热分析模块的应用
• 5.4 本章小结
• 第6章 E260 鼓式制动器有限元分析
• 6.1 接触分析仿真结果
• 6.1.1 制动蹄仿真结果分析
• 6.1.2 摩擦片仿真结果分析
• 6.1.3 制动鼓仿真结果分析
• 6.1.4 接触压力分析
• 6.1.5 制动力矩分析
• 6.2 瞬态热分析仿真结果
• 6.2.1 生热散热分析
• 6.2.2 热应力分析
• 6.2.3 热变形分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• Abstract