电动汽车盘式制动器的热-结构耦合分析与优化-车辆工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 A Dissertation Submitted for the Degree of Master Thermal-Structure Coupling Analysis and Optimization of the Electric Vehicle Disc Brake By Xu Junbo Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China April, 2014 致谢 致 谢 岁月如梭，近三年的研究生生活即将结束了，首先非常感谢我的导师—尊敬 的尹安东副教授。导师认真负责地工作态度、严谨地治学态度深深地熏陶了我。 感谢导师三年来对我的照顾和孜孜不倦的教导。本文的研究工作是在导师的指导 下完成的，每当遇到困难时，导师都会及时的帮助我，细心耐心的给我讲解，使 我在遇到困难时又满怀信心的走下去。在此，我谨向我敬爱的导师致以最崇高的 敬意和由衷的感谢！ 在研究此课题中，得到了师弟和很多同学的帮助，感谢他们在人力、物力等方 面给予的支持，与你们的每一次讨论都使得我对问题有了更深入的了解。 感谢我的同学和室友，他们的在生活方面给予了我很多帮助，是你们的付出给 我带来了生活中的许多欢乐。愿我们友谊地久天长。 感谢父母这么多年的辛苦培养，是你们的辛勤劳动和关心使我有一个好的生活 和学习环境。因为有你们的鼓励和支持，使我更加有信心去追求自己的目标，我 在此衷心地感谢你们！ 最后，感谢在百忙之中抽空评审我论文的专家，您辛苦了！ I 摘要 摘 要 电动汽车盘式制动器作为制动系统的核心部件，它直接影响汽车的安全性。 制动时，摩擦副表面会产生大量的热量，它会使制动器产生高温、工作表面氧化 和热疲劳磨损，可能会导致制动盘热裂纹和热衰退等问题的出现，从而使制动器 的使用寿命降低和造成安全隐患。因此，对电动汽车盘式制动器进行热—结构耦 合分析具有重要意义。 本文以某电动汽车前轮盘式制动器为例，进行了电动汽车盘式制动器热-结构 耦合分析与优化的研究。 首先，按照实际几何尺寸，在 ABAQUS 中建立了电动汽车盘式制动器的热- 结构耦合仿真所需的三维模型，并且在保证分析精度的前提下对整个模型进行了 适当的简化以及网格的划分。利用经验公式和理论公式对分析所需要的边界条件 进行了计算。 然后，利用上述建立好的有限元模型进行紧急制动下的热-结构耦合仿真分析， 揭示了热机耦合状态下的瞬态温度场、应力场的分布情况。在紧急制动工况下， 制 动盘的温度场首先出现了明显的非轴对称分布，在径向和轴向上都存在较大的温 度梯度，而在周向上温差较小。随着制动时间的增加，制动盘的温度场分布将逐 渐趋于轴对称。制动盘的等效应力呈周期性上升主要是由于对流热换核摩擦生热 的作用，而且制动盘和摩擦块的最大应力的位置都位于接触面的中间位置。 最后，利用试验设计建立简化优化计算的近似模型。采用最优拉丁超立方对 优化变量进行抽样，然后通过计算得出的数据构造二次响应面模型，以此来建立 最大应力、最高温度以及最大力矩的近似模型。应用 Isight 中的 Pointer 算法，以 最大制动力矩为目标，以最高温度、最大应力和制动时防止出现前轮抱死而出现 打滑现象的最大制动力矩作为约束条件，以制动盘的四个结构参数为设计变量来 进行优化。对优化的结果进行重新分析来验证优化结果的有效性。结果表明，在 保证强度和温度的前提下，增大了制动力矩，减少了制动盘和摩擦块的总体积和 质量，达到了优化效果。 关键词：电动汽车盘式制动器；热-结构耦合；有限元分析；近似模型；优化设计 II AB ABSTRACT Brake as the core part of the braking system of Electric Vehicle, which directly affect the safety of the vehicle. The working process of the brake was a typical thermal-structure coupling process. The surfaces of friction pairs would produce a lot of heat while vehicles braking. It would make the surface oxidation, brake to generate high temperature and thermal fatigue wear, and might lead to problems of disc thermal cracking and decline, so that the die life of the bra