盤式制動(dòng)器的熱變形和應(yīng)力分析有限元法英文翻譯

盤式制動(dòng)器的熱變形和應(yīng)力分析有限元法Sung-SooKang和Seong-KeunCho概要本次研究進(jìn)行分析的是幾何通風(fēng)口對(duì)摩托車盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤的外表的影響。為了分析由于傳熱盤式制動(dòng)器的熱特性，熱變形分析和熱應(yīng)力分析，我們分別對(duì)通風(fēng)和堅(jiān)實(shí)的制動(dòng)盤進(jìn)行了有限元分析。通過(guò)比擬在制動(dòng)過(guò)程中的最高溫度，根據(jù)生成的通風(fēng)面積法，可以知道通風(fēng)盤顯示溫度低于固體制動(dòng)盤對(duì)溫度增加和減少的影響。在通風(fēng)盤式中熱變形發(fā)生在所有方向的毫米處，熱分布顯示在圓周方向偏差約毫米。關(guān)鍵詞:盤式制動(dòng)器;熱變形;有限元分析;熱應(yīng)力;冷卻性能;耦合分析1.引言摩托車已經(jīng)成為一個(gè)受歡送的運(yùn)輸方式和休閑。然而，摩托車交通事故的不斷增加是一個(gè)時(shí)機(jī)來(lái)認(rèn)識(shí)到摩托車制動(dòng)系統(tǒng)的重要性。高速和快速輸出動(dòng)力的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)造就了剎車系統(tǒng)面臨更嚴(yán)峻的操作條件。由于這些環(huán)境，正在研究如何能改善盤式制動(dòng)器的性能[1-4]。制動(dòng)盤的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能由于摩擦熱而發(fā)生的減速局部，制動(dòng)盤摩擦?xí)黾悠錅囟取＿^(guò)度的溫度上升引起褪色現(xiàn)象，通過(guò)固化摩擦制動(dòng)器的一局部導(dǎo)致制動(dòng)器性能喪失[1，4]。同時(shí)，由于摩擦溫度的上升局部，熱顫抖會(huì)發(fā)生不當(dāng)在制動(dòng)盤本身變形。這將在制動(dòng)交付局部(1、2、5)導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲和振動(dòng)摩擦。摩擦局部制動(dòng)盤的溫升和熱應(yīng)力將發(fā)生，重復(fù)的溫度應(yīng)力引起熱裂解(2、3)。因此，研究因?yàn)槟Σ炼鴾囟壬弋a(chǎn)生的熱變形盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)是必要的，介紹了由于溫度的升高[6、7]通風(fēng)盤增加制動(dòng)盤的冷卻效果和減少熱變形的局部情況。本研究進(jìn)行分析通風(fēng)口對(duì)摩托車盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤的外表的幾何影響。分析盤式制動(dòng)器的熱特性，熱變形分析和熱應(yīng)力分析以及由于傳熱而進(jìn)行的對(duì)通風(fēng)和堅(jiān)實(shí)的制動(dòng)盤的有限元分析。三維建模和有限元分析的制動(dòng)盤，使用的商業(yè)軟件是ANSYSWorkbench[8]。2.實(shí)驗(yàn)2.1有限元建模盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)可分為法蘭和中心橋局部。為了減少制動(dòng)盤的重量，同時(shí)，通風(fēng)口在制動(dòng)盤和墊之間以利于一局部的高溫?zé)崃肯?。安裝的制動(dòng)盤主要是擰緊螺栓到?jīng)_壓的中心局部。在這項(xiàng)研究中，分析已經(jīng)完成125cc的摩托車的前輪盤式制動(dòng)器。使用通風(fēng)剎車盤;橋局部被省略，中心局部的高度和法蘭局部不變。它需要從制動(dòng)盤和摩擦熱墊獲得太多的與時(shí)間相關(guān)的非線性熱行為分析方法。因此，1/8模型的有限元模擬的整個(gè)制動(dòng)盤，以縮短計(jì)算時(shí)間被用于這項(xiàng)研究。匹配分析結(jié)果的總體模型和1/8模型，生成元素和節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)削減一個(gè)完整的模型應(yīng)該是對(duì)稱的，應(yīng)該對(duì)稱于條件和生成的元素。首先，創(chuàng)立虛擬元素和一個(gè)對(duì)稱雙方互為對(duì)稱的元素。圖1顯示了有限元網(wǎng)格根據(jù)排氣口直徑的四種類型和表1顯示了節(jié)點(diǎn)和元素的數(shù)量。此外，表2的物理性質(zhì)是盤式制動(dòng)器摩擦外表進(jìn)行熱變形行為的制動(dòng)盤。

(a)D=0mm(b)D=4.5mm(c)D=6.5mm(d)D=9.5mm圖1.有限元網(wǎng)格模型的制動(dòng)盤。有限元分析2.3制動(dòng)條件同重復(fù)制動(dòng)條件設(shè)置根據(jù)FMVSS122。195公斤是應(yīng)用于汽車考慮車輛本身的重量和司機(jī);所需的其他設(shè)備和減速克96年的初速度。56公里/小時(shí)和制動(dòng)距離小于米，以確保FMVSS122應(yīng)用。初始速度為公里/小時(shí)旅行摩托車，制動(dòng)減速為0.6g和0.2g加速度又到公里/小時(shí)是一個(gè)周期。一樣大小的摩托車前后盤式制動(dòng)器剎車片的熱分析，使用和制動(dòng)條件如表3所示圖2.重復(fù)制動(dòng)狀態(tài)2.4邊界條件分析了摩擦行為問(wèn)題相對(duì)墊和制動(dòng)盤之間的接觸面積，它被認(rèn)為是遵循[4]。換句話說(shuō)，有兩種方法可以在運(yùn)行時(shí)計(jì)算熱量輸入熱分析:一是使用接觸壓力作用于制動(dòng)盤和制動(dòng)盤的旋轉(zhuǎn)速度;另一個(gè)是使用車輛的動(dòng)能的變化。在前一種情況下，有必要計(jì)算所需的接觸壓力非線性接觸分析，在這項(xiàng)研究中，我們使用后者計(jì)算的輸入值，這是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的情況。假定在制動(dòng)盤和摩擦墊在制動(dòng)轉(zhuǎn)換成熱能和熱通量是應(yīng)用于領(lǐng)域的摩擦。熱量和熱通量必要進(jìn)行熱分析計(jì)算動(dòng)能和勢(shì)能，開(kāi)車時(shí)發(fā)生。減速的熱通量計(jì)算Eq。(1)基于車輛的重量，當(dāng)一個(gè)人騎時(shí)占80%[4]。在這里，一個(gè)是減速，γ是相對(duì)制動(dòng)能量，I是車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Rr的有效半徑是輪胎，V1是車輛的初始速度，Ro墊外圓的半徑，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的半徑為內(nèi)圈墊。采用Eq。(1)，熱通量的減速段秒，它被認(rèn)為是唯一對(duì)流熱流不包含的剩余局部，應(yīng)用于恒速段，加速局部，如圖3所示。進(jìn)行熱耦合分析和結(jié)構(gòu)熱變形和熱應(yīng)力由于摩擦引起的制動(dòng)盤的壓力施加在剎車墊的條件。固定條件的自由度的螺母和螺栓局部制動(dòng)盤。圖3.制動(dòng)熱流進(jìn)入制動(dòng)盤的外表3.分析結(jié)果3.1傳熱分析三種形狀的通風(fēng)制動(dòng)盤和固體圓盤模型，通過(guò)非穩(wěn)態(tài)熱分析的五次重復(fù)制動(dòng)下，每個(gè)制動(dòng)盤上發(fā)生的溫度進(jìn)行了計(jì)算。最高溫度，溫度分布和冷卻性能發(fā)生在制動(dòng)盤上進(jìn)行了分析。此外，通過(guò)最高溫度和溫度升高，發(fā)生在每個(gè)制動(dòng)盤五次重復(fù)制動(dòng)，溫度上升的過(guò)程的制動(dòng)盤和制動(dòng)盤的熱性能由于通風(fēng)口進(jìn)行了分析。五次制動(dòng)后，溫度固體制動(dòng)盤最高;排氣口直徑越大的制動(dòng)盤可以看出，降低溫度。由于制動(dòng)盤的通風(fēng)口減少卡路里，通氣管的直徑越大，溫度越低能量單位體積發(fā)生在制動(dòng)盤上。圖4.最高氣溫5次制動(dòng)后圖4顯示了最高溫度隨著時(shí)間的推移，在每個(gè)制動(dòng)盤。溫度發(fā)生的重復(fù)制動(dòng)盤;傳入的熱量到制動(dòng)盤之前在出院前一步，熱量的積累在制動(dòng)盤上的制動(dòng)過(guò)程，像爬樓梯的功能類型。在減速制動(dòng)的周期，每個(gè)制動(dòng)盤的溫度迅速上升，在冷卻和快速下降。作為與制動(dòng)盤的溫度繼續(xù)上升，和溫升的寬度減速似乎沒(méi)有出現(xiàn)大的變化，但制動(dòng)盤的溫度越高，溫度的降低加速度。原因是對(duì)流傳熱較大，制動(dòng)盤的溫度就越高。檢查制動(dòng)盤上的溫度分布發(fā)生的特點(diǎn)，我們尋找通風(fēng)盤的溫度分布。審查的目的溫度分布是不均勻的溫度分布在制動(dòng)盤上有幾個(gè)原因?qū)е庐惓Ｗ冃螠p少制動(dòng)性能，噪音和振動(dòng)。第一制動(dòng)減速的周期(t=0~4.207s)。在減速，它顯示了快速溫升墊外表和法蘭之間的摩擦，但溫度均勻分布的法蘭的局部。法蘭的一局部開(kāi)始傳導(dǎo)傳熱溫暖的中心局部。(a)t=1s(b)t=2.8s圖5.溫度分布為減速此外，加速局部的溫度分布隨時(shí)間(t=4.207~20s)是圖5所示，確定溫度分布的加速度。常數(shù)和加速局部，雖然不再是制動(dòng)盤上的熱流，中心局部接收熱量通過(guò)傳導(dǎo)凸緣局部，所以其溫度不斷上升。法蘭局部的溫差發(fā)生發(fā)生在直徑方向(z軸)。由于對(duì)流傳熱的通風(fēng)口，通風(fēng)排氣溫度較低的環(huán)境。因此，當(dāng)時(shí)的溫度分布在凸緣局部，定心通風(fēng)口，已經(jīng)證實(shí)，發(fā)生不均勻。此外，加速局部的溫度分布隨時(shí)間(t=4.207~20s)是圖6所示，確定溫度分布的加速度。常數(shù)和加速局部，雖然不再是制動(dòng)盤上的熱流，中心局部接收熱量通過(guò)傳導(dǎo)凸緣局部，所以其溫度不斷上升。法蘭局部的溫差發(fā)生發(fā)生在直徑方向(z軸)。由于對(duì)流傳熱的通風(fēng)口，通風(fēng)排氣溫度較低的環(huán)境。因此，當(dāng)?shù)氐臏囟确植荚谕咕壘植?，定心通風(fēng)口，已經(jīng)證實(shí)，發(fā)生不均勻。比擬每個(gè)制動(dòng)盤的冷卻性能，執(zhí)行五次制動(dòng)后，檢查制動(dòng)盤的溫度。所有情況下顯示出了相似的固態(tài)制動(dòng)盤，溫度降至25℃的溫度。此外，通風(fēng)口的制動(dòng)盤顯示溫度低于固體制動(dòng)盤;通風(fēng)制動(dòng)盤3.2熱變形分析熱變形分析四個(gè)模型、熱變形和熱應(yīng)力對(duì)制動(dòng)盤的結(jié)果。在相同的制動(dòng)條件下，熱變形的結(jié)果如表4所示，根據(jù)直徑的大小。排氣口直徑越大，熱變形方向直徑較大，在軸向方向和熱變形降低了。最大熱變形在四面八方，大噴口直徑顯示了巨大的價(jià)值。在相同的制動(dòng)條件下，根據(jù)噴口直徑的熱應(yīng)力如表5所示。中心地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最大熱應(yīng)力在所有制動(dòng)盤和發(fā)生在凸緣局部的方向在通風(fēng)盤直徑的大小。4.結(jié)束語(yǔ)通過(guò)有限元分析通風(fēng)和堅(jiān)實(shí)的制動(dòng)盤，熱變形分析和熱應(yīng)力分析由于傳熱進(jìn)行了分析盤式制動(dòng)器的熱特性通過(guò)比擬最高溫度在制動(dòng)過(guò)程中，通風(fēng)盤顯示溫度低于固體制動(dòng)盤和溫度增加和減少的影響，根據(jù)生成的通風(fēng)面積法蘭(摩擦區(qū))制動(dòng)盤的一局部。在冷卻過(guò)程中，通風(fēng)盤的最高溫度降低，基于散熱面積的增加到2.5%，甚至4%，根據(jù)排氣口的直徑，減少比固態(tài)制動(dòng)盤。在通風(fēng)盤式熱變形發(fā)生在所有方向毫米;熱分布在圓周方向顯示大偏差，對(duì)0.017毫米，由于通風(fēng)口。壓力引起的熱量都集中在安裝區(qū)域(中心局部局部)和排氣通風(fēng)區(qū)域。致謝Sung-SoKang在1998年獲得韓國(guó)釜山國(guó)立大學(xué)機(jī)械工程設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位。然后他分別于2000年和2003年獲得東京大學(xué)環(huán)境和海洋工程碩士和博士學(xué)位。他工作在具有系統(tǒng)功能，工業(yè)和科學(xué)研究所的機(jī)械部門，從2003年開(kāi)始在日本東京大學(xué)作一個(gè)教授已經(jīng)三年了。他目前是韓國(guó)Jeonju大學(xué)機(jī)械和汽車工程系副教授。他的研究興趣是在應(yīng)力分析、有限元分析和計(jì)算力學(xué)等方面。參考書目[1]M.R.,S.D.MoonandH.S.Park,Astudyonthermalstressanalysisofmotorcyclediskbrake,KoreanSocietyandLubricationEngineers,24(6)(2021)308-314.[2]J.H.,D.H.KimandI.Lee,ThermalanalysisofautomotivediscbrakeusingFFT-FEM,KoreanSocietyofMechanicalEngineers(A),25(8)(2001)1253-1260.[3]M.K.Okubo,T.FuandN.Kameda,Effectsofholelayout,brakingtorqueandfrictionalheatoncrackinitiationfromsmallholesinone-piecebrakedisks,Proc.OfSeoul2000FISITAWorldAutomotiveCongress,Korea(2000)F[4]H.H.Kim,S.W.Lee,D.S.HanandG.J.Han,Thermalstructuralcoupledfieldanalysisofthecircumferentialpressingtypebrakedisc,KoreanSocietyofAutomotiveEngineers16(4)(2021)69-74.[5]H.G.Lee,M.H.Son,Y.W.K.S.BooandH.S.Kim,Thestudyontheinfluenceofpadwearonbrakesquealanalysis,KoreanSocietyofMechanicalEngineers(A),32(11)(2021)930-936.[6]S.M.,Y.S.KwonandH.K.Kim,AstudyonthefatiguedamageofarailwaydiscbrakesurfaceduetothermalstressduringbrakingusingFEManalysis,KoreanSocietyforRailway,12(2