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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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