温度这么高！？汽车制动过程Abaqus热固耦合分析

2019-08-24 00:35:05· 来源：USim 作者：邓怡超

盘式制动又叫碟刹，常见于现代汽车、高铁、飞机等交通工具上的制动系统。如下图，液压油通过细金属管连接到刹车总泵与卡钳活塞，假设活塞截面积是细金属管通道截

盘式制动又叫碟刹，常见于现代汽车、高铁、飞机等交通工具上的制动系统。

如下图，液压油通过细金属管连接到刹车总泵与卡钳活塞，假设活塞截面积是细金属管通道截面积的k倍，那么根据帕斯卡定律，卡钳活塞会承受k倍于刹车总泵的压力，将制动衬块死死摁在制动盘上面，利用摩擦力使车轮停转。

制动盘构造

帕斯卡定律

制动过程是机械能转化为热能的过程，正常情况下，90%以上的摩擦耗散将转化为热量，表现为制动盘和制动衬块等结构的温度升高。

制动盘长期温度过高会影响制动系统的有效工作，因此盘上通常会有打孔或采用中空式结构，以便增大表面积，使热量更快速地散失到周围的空气中。

采用Abaqus的Dynamic,Temp-disp,Explicit分析步，可以对制动过程进行完全的热固耦合分析。

制动系统热固耦合有限元模型

假设在我们的模型中，摩擦耗散掉的能量100%都转化为热能，那么在接触属性的设置里面，将Heat Generation的耗散能转化比率设置为默认值即可。

摩擦生热设置

考虑制动盘表面与空气的对流换热，并将网格向着摩擦面分层加密，单元类型选择C3D8RT，即温度-位移耦合单元。在对刹停工况进行分析时，将车轮的转动效应考虑为质点转动惯量。

中低速刹停升温30℃

定速下坡1s升温100℃

定速下坡10s制动升温250℃

实际生活中，制动盘的升温高低跟行车制动工况有很大的关系。正常的市区行驶，制动盘温度在100℃以内比较合理；下坡制动时，也有可能达到600℃左右（长下坡持续或频繁制动），虽然很多汽车的制动盘能耐800℃的高温，但是持续高温对刹车系统的损害比较大，很容易诱发潜在的危险。

据2018年11月新闻，兰海高速兰州南收费站的重大伤亡交通事故，起因便是 17公里长下坡频繁制动导致的刹车失灵，所以遇到长下坡路段不能频繁踩刹车，应结合发动机制动或下坡辅助系统，安全行车。

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