李華雷， 王文龍

(1.長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

制動盤罩殼失效分析

李華雷1，2， 王文龍1，2

(1.長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

將有限元分析、振動測試及數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，找出罩殼失效的根本原因，利用有限元模態(tài)分析驗證優(yōu)化模型的可行性，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供參考。

制動盤罩殼；振動測試；模態(tài)分析

0 引言

作為汽車的重要系統(tǒng)之一，汽車制動系統(tǒng)的好壞直接影響著車輛的使用及人員的安全。制動盤罩殼不僅要起到防護制動盤的作用，而且其結(jié)構(gòu)特點直接影響著制動盤的散熱效果。目前，制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的好壞主要是用計算機仿真及處理技術(shù)提前預測、仿真，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。作者針對某車型試車前制動器罩殼開裂問題(見圖 1)，借助于計算機處理技術(shù)對失效進行分析。

圖1 失效罩殼圖

1 模態(tài)分析

1.1 有限元模態(tài)分析

使用有限元處理軟件 HyperMesh 建立制動器罩殼有限元模型，使用ABAQUS軟件進行分析[1-2]。建立罩殼有限元分析模型，約束罩殼實際安裝面的6個自由度，進行約束模態(tài)分析，提取前10階模態(tài)頻率。制動器罩殼材質(zhì)為常用的 Q195，其材料屬性如表 1 所示。制動器罩殼的CAE分析結(jié)果見表2所示。

表1 制動器罩殼的材料Q195屬性

表2 制動器罩殼有限元模型及分析結(jié)果

1.2 錘擊法模態(tài)測試

通過對罩殼結(jié)構(gòu)特點進行分析，采用單點激勵法對罩殼進行模態(tài)測試。這種方法在測試時激勵點是固定的，移動的是傳感器。為了提高測試效率，采用多個加速度傳感器的模態(tài)測試系統(tǒng)，多個點同時測量振動響應數(shù)據(jù)。

借助于LMS公司的測試設備和數(shù)據(jù)分析軟件，完成對構(gòu)件的模態(tài)參數(shù)識別。測試數(shù)據(jù)的幅頻函數(shù)(FRF)曲線如圖2所示，通過觀察曲線幅值的變化情況、譜峰所在位置的高低，可以很清楚地區(qū)分出前3階固有頻率，分別為68、88和139 Hz。測試結(jié)果與仿真結(jié)果對比如表3所示。

圖2 總體幅頻曲線圖

模態(tài)仿真結(jié)果/Hz測試結(jié)果/Hz1階75682階93883階147139

1.3 整車振動測試

為了驗證整車實際運行過程中，制動罩殼所承受振動信號的特性，選擇靜止怠速(670～4 000 r/min)、4g急加速、帶擋滑行與熄火滑行3種工況進行振動測試。結(jié)合Ncode軟件進行數(shù)據(jù)分析，得出加速度信號的振動時間-頻率譜圖，具體結(jié)果如圖3所示。在各圖中，橫坐標為頻率，左側(cè)縱坐標為時間，右側(cè)縱坐標為加速度信號振動的幅值，根據(jù)顏色的亮度可以得出1階模態(tài)和2階模態(tài)的頻率分別為66和90 Hz。

圖3 整車測試結(jié)果圖

綜合考慮制動盤罩殼有限元模態(tài)分析、錘擊法模態(tài)測試及整車振動測試的結(jié)果，可以得出開裂主要是由于罩殼在整車運行過程中存在共振，加速了其本身的破壞。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，結(jié)合有限元拓撲優(yōu)化和形貌優(yōu)化分析理論[3]，針對罩殼的優(yōu)化設計提出3種不同方案，分別是填充孔、結(jié)構(gòu)翻邊及增加板厚。通過對3種不同結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，得出各結(jié)構(gòu)前3階模態(tài)分析結(jié)果，如表4所示。從成本節(jié)約和制動盤散熱的優(yōu)劣考慮，加之3種結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果，確定方案二為最優(yōu)結(jié)果。

表4 優(yōu)化結(jié)構(gòu)模態(tài)測試結(jié)果

3 小結(jié)

將有限元分析、振動測試及數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，通過振動數(shù)據(jù)的采集及處理與有限元對比，找出罩殼失效的根本原因，利用有限元仿真分析驗證優(yōu)化模型的可行性，也彰顯結(jié)構(gòu)優(yōu)化的準確性和實用價值，為后續(xù)殼體類零部件失效提供了一種新的分析方法。

【1】Altair Engineering Inc.HyperWorks User’s Guide[M],2011.

【2】傅志方.模態(tài)分析理論與應用[M].上海：上海交通大學出版社,2000.

【3】朱才朝，徐向陽，王海霞,等．大功率船用齒輪箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]．重慶大學學報，2008，31(11)：1221-1225. ZHU C C,XU X Y,WANG H X,et al.Structural Optimization of High-power Marine Gearbox[J].Journal of Chongqing University,2008，31(11)：1221-1225.

Failure Analysis for Brake Disc Cover

LI Hualei1,2, WANG Wenlong1,2

(1.Research & Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000,China;2.Automotive Engineer Technical Center of Hebei, Baoding Hebei 071000,China)

The finite element analysis, vibration testing and data processing technology were combined to find out the root cause of the casing failure of the brake disc cover. Finite element modal analysis was used to verify the feasibility of the optimization model. The research provides reference for product structure optimization.

Brake disc cover; Vibration test; Modal analysis

2016-09-03

李華雷(1987—)，男，碩士，助理工程師，研究方向為機器人技術(shù)、載荷譜數(shù)據(jù)采集及零部件疲勞分析。E-mail:18047153042@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.01.012

U463.51

A

1674-1986(2017)01-047-03