潘公宇，闞云峰

(江蘇大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

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散熱筋結(jié)構(gòu)盤(pán)式制動(dòng)器溫度場(chǎng)有限元分析與優(yōu)化

潘公宇，闞云峰

(江蘇大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

結(jié)合熱分析理論，采用數(shù)值法代入溫度邊界條件，對(duì)帶有散熱筋結(jié)構(gòu)的通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器進(jìn)行了溫度場(chǎng)分析和優(yōu)化。建立制動(dòng)盤(pán)的三維模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)制動(dòng)盤(pán)的溫度特性進(jìn)行瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布的仿真分析，得到制動(dòng)盤(pán)在制動(dòng)行程中的溫度場(chǎng)、內(nèi)外部溫度梯度分布以及溫度變化的時(shí)間曲線。使用Isight進(jìn)一步對(duì)制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改善溫度場(chǎng)分布并返回到有限元模型進(jìn)行仿真對(duì)比論證，為制動(dòng)器的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，也在很大程度上為由溫度場(chǎng)引起的制動(dòng)器失效判斷提供了分析改進(jìn)手段。

有限元法；溫度場(chǎng)；瞬態(tài)分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，越來(lái)越多的制動(dòng)器廠商對(duì)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)制造提出了更加嚴(yán)格的質(zhì)量要求，制動(dòng)器的規(guī)格尺寸逐步降低，而相應(yīng)的制動(dòng)器部件所承載的傳遞熱量大大增加。

在盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)過(guò)程中，摩擦片夾緊制動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，將車(chē)輛行駛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的熱能消散。在制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)盤(pán)因?yàn)槭艿侥Σ炼a(chǎn)生溫度變化，由此而產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象以及摩擦片偏磨現(xiàn)象[1]，以及由溫度場(chǎng)分布中熱應(yīng)力過(guò)高引起的制動(dòng)盤(pán)裂紋、翹曲等，嚴(yán)重影響了行車(chē)安全。因此，在對(duì)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)過(guò)程中溫度場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)盤(pán)溫度場(chǎng)的改善以及優(yōu)化措施研究具有十分重要的意義。

1 能量傳遞分析

對(duì)制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)熱量的傳遞過(guò)程進(jìn)行分析，以熱傳遞方式的形式計(jì)算能量的傳遞，并以能量折算的方式將其作為邊界條件加載在制動(dòng)盤(pán)上以模擬制動(dòng)過(guò)程中的溫度變化。

1.1 制動(dòng)熱量及其傳輸

采用熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律進(jìn)行熱力學(xué)分析。封閉系統(tǒng)沒(méi)有質(zhì)量的流入和流出，熱能和機(jī)械能在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換時(shí)，能量的總量必定守恒：

(1)

式中:Q為熱量;W為做功; ΔU為系統(tǒng)的內(nèi)能; ΔKE為系統(tǒng)的動(dòng)能; ΔPE為系統(tǒng)的勢(shì)能。

對(duì)于瞬態(tài)熱分析，熱傳遞速率q=du/dt，即流入或流出的熱傳遞速率q等于系統(tǒng)內(nèi)能單位時(shí)間內(nèi)的變化[2]。

在汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，汽車(chē)將制動(dòng)器運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能[3]，即

(2)

式中:M為整車(chē)質(zhì)量(kg)；v0為車(chē)輛制動(dòng)初速度(m/s)；v1為制動(dòng)行程末車(chē)輛速度(m/s)；g為重力加速度，9.8 m/s2；i為道路坡度系數(shù)，下坡路段大于0，上坡路段小于0；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；s為車(chē)輛制動(dòng)距離(m)。

在車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程中，熱傳遞方式包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等3種，而其中熱輻射在實(shí)際分析過(guò)程中權(quán)重較小，可以忽略[4]。

1.2 能量折算法

采用能量折算法計(jì)算摩擦片與制動(dòng)盤(pán)摩擦生熱產(chǎn)生的熱流密度，同時(shí)假設(shè)摩擦產(chǎn)生的熱量在摩擦表面上均勻分布，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化以及能量守恒定律，從能量折算的角度分析車(chē)輛的制動(dòng)行程，將制動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為制動(dòng)盤(pán)摩擦產(chǎn)生的熱能。

熱流密度與對(duì)流換熱系數(shù)分別以一組與時(shí)間t相關(guān)的函數(shù) q表示，實(shí)際分析中將t轉(zhuǎn)化為更直觀的車(chē)輛行駛速度v代入計(jì)算。

2 有限元模型及其參數(shù)設(shè)置

從熱量傳遞上分析，制動(dòng)盤(pán)吸收了在制動(dòng)期間制動(dòng)器產(chǎn)生的總熱量的 95%，而摩擦片或制動(dòng)襯塊僅吸收剩余熱量的5%[3,5]。

在制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)盤(pán)受到摩擦片的法向和切向作用力，同時(shí)受到熱載荷的作用。吳佳偉等[5]以提高制動(dòng)盤(pán)散熱性能為目的，在制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體中間鑄有供氣流通過(guò)的散熱筋結(jié)構(gòu)，即為雙層盤(pán)結(jié)構(gòu)的通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器，增加了散熱面積，有效地降低了溫升。

本文設(shè)計(jì)具有螺旋散熱風(fēng)道的通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器進(jìn)行瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析。螺旋式風(fēng)道制動(dòng)盤(pán)縱向總厚度為 36mm，按順時(shí)針螺旋狀分布34條散熱筋，散熱筋厚度為 10mm，單個(gè)散熱筋寬度為9.8mm，兩側(cè)圓盤(pán)厚度均為 13mm。制動(dòng)盤(pán)內(nèi)圓孔直徑為 175mm，外圓盤(pán)直徑為315mm。

使用三維軟件對(duì)實(shí)車(chē)制動(dòng)盤(pán)建模。建模過(guò)程中做出以下簡(jiǎn)化措施：

1) 制動(dòng)盤(pán)所受壓力處均勻分布。

2) 制動(dòng)過(guò)程中材料屬性不發(fā)生變化。

3) 忽略制動(dòng)盤(pán)小特征影響。

4) 在制動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化為熱能。

5) 制動(dòng)盤(pán)表面摩擦因數(shù)恒定。

制動(dòng)盤(pán)模型如圖1所示。制動(dòng)盤(pán)材料特性如表1所示。

圖1 制動(dòng)盤(pán)三維模型表1 制動(dòng)盤(pán)材料特性

分析對(duì)象材料熱傳導(dǎo)系數(shù)/(W·(m2·K)-1)比熱容/(J·(kg·K)-1)密度/(t·mm-3)制動(dòng)盤(pán)鑄鐵405107.1×10-9

3 模型熱傳遞參數(shù)的構(gòu)建

整個(gè)模型的熱傳遞參數(shù)由熱流密度、對(duì)流換熱系數(shù)以及環(huán)境初始溫度確定，以時(shí)間為參考系加載至Ansys熱分析單元中，載荷步設(shè)置為0.2s。

3.1 熱流密度

制動(dòng)盤(pán)溫度場(chǎng)分析中的熱載荷為熱流密度，以數(shù)值方式加載于制動(dòng)盤(pán)面與制動(dòng)閘片的摩擦表面上。假定整個(gè)制動(dòng)過(guò)程為勻減速過(guò)程，可得熱流密度q與時(shí)間t的關(guān)系：

(3)

式中：q(t)為t時(shí)刻加載于制動(dòng)盤(pán)表面的熱流密度(kW/m2)；k為軸質(zhì)量(kg)；a為制動(dòng)加速度(m/s2)；v0為制動(dòng)初速度(m/s)；n為每根軸上裝配的制動(dòng)盤(pán)個(gè)數(shù)；R和r分別為制動(dòng)盤(pán)閘片與盤(pán)面摩擦的環(huán)形區(qū)域的外徑和內(nèi)徑(m)。丁群等[6]根據(jù)以往文獻(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為車(chē)體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的效率Z為0.9。

3.2 對(duì)流換熱系數(shù)

制動(dòng)盤(pán)的對(duì)流換熱是指制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)器與周?chē)佑|的空氣之間由于溫差的存在而引起的熱量交換。制動(dòng)盤(pán)的對(duì)流換熱系數(shù)近似為[7]

(4)

式中：v為車(chē)速(m/s)；α是經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)，前輪制動(dòng)取0.7，后輪制動(dòng)取0.3。

3.3 環(huán)境初始溫度及熱輻射

環(huán)境初始溫度設(shè)置為22 ℃，而熱輻射在熱量交換中所占權(quán)重較低，所以忽略不計(jì)。

4 制動(dòng)盤(pán)溫度場(chǎng)仿真分析

使用Hypermesh對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，制動(dòng)盤(pán)有限元網(wǎng)格模型如圖2所示。

圖2 制動(dòng)盤(pán)有限元網(wǎng)格劃分

以某型號(hào)汽車(chē)在高速公路上制動(dòng)為初始工況。制動(dòng)初速度為120km/h，制動(dòng)時(shí)間為4.2s，之后汽車(chē)完全停止。在此過(guò)程中制動(dòng)的加速度為恒值。

根據(jù)整車(chē)相關(guān)數(shù)據(jù)得到的熱流密度q(t)與對(duì)流換熱系數(shù)hr(t)如表2所示。

設(shè)置初始溫度為22 ℃，通過(guò)函數(shù)加載的方式將熱流密度以及對(duì)流換熱系數(shù)加載到制動(dòng)盤(pán)相應(yīng)區(qū)域，通過(guò)仿真計(jì)算，得到的制動(dòng)盤(pán)溫度場(chǎng)云圖如圖3所示。相對(duì)應(yīng)的溫度變化曲線如圖4所示。

表2 熱流密度與對(duì)流換熱系數(shù)

圖3 制動(dòng)盤(pán)溫度場(chǎng)云圖

圖4 制動(dòng)盤(pán)溫度變化曲線

從溫度云圖可以看出：在制動(dòng)盤(pán)與摩擦片接觸區(qū)域溫度上升幅度最大，沿著制動(dòng)盤(pán)徑向向中心輻射溫度梯度逐漸遞減。從最高溫度變化曲線可以看出：整個(gè)制動(dòng)過(guò)程的溫度梯度變化呈現(xiàn)快速上升和緩慢下降2個(gè)階段，在制動(dòng)過(guò)程中溫度達(dá)到最高值，并且在之后的制動(dòng)過(guò)程中溫度逐漸降低。

沿制動(dòng)盤(pán)徑向截取剖面得到的溫度分布以及溫度變化曲線如圖5、圖6所示。

圖5 制動(dòng)盤(pán)徑向溫度分布

圖6 制動(dòng)盤(pán)徑向溫度變化曲線

通過(guò)截取的制動(dòng)盤(pán)剖面溫度云圖可以得到：制動(dòng)開(kāi)始后，溫度由制動(dòng)盤(pán)摩擦表面逐漸向制動(dòng)盤(pán)內(nèi)部傳導(dǎo)；在厚度方向，溫度在從制動(dòng)盤(pán)摩擦表面到散熱筋板的方向上逐漸減小。

另外可以看出：沿著制動(dòng)盤(pán)徑向向外方向溫度上升速度呈現(xiàn)逐漸加快的趨勢(shì)，在制動(dòng)盤(pán)邊緣溫度上升速度最高。

處于邊緣處的線速度由于半徑較大，大于靠近制動(dòng)盤(pán)中心方向的其他位置，所以在單位時(shí)間內(nèi)由于摩擦產(chǎn)生的熱量也隨之變大，導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)邊緣溫度上升要大于內(nèi)側(cè)。這一部分區(qū)域?qū)?yīng)的摩擦片外側(cè)區(qū)域接觸溫度也要高于摩擦片內(nèi)側(cè)，在一定程度上加劇了摩擦片在內(nèi)外側(cè)方向上的偏磨現(xiàn)象[1]。

截取制動(dòng)盤(pán)與散熱筋片接觸區(qū)域得到的溫度分布以及溫度變化曲線如圖7、圖8所示。

圖7 散熱筋溫度分布

圖8 散熱筋溫度變化曲線

由圖7、圖8可以看出：散熱筋片根據(jù)接觸制動(dòng)盤(pán)內(nèi)表面區(qū)域的不同，溫度分布也呈現(xiàn)梯度分布，但與制動(dòng)盤(pán)表面溫度變化趨勢(shì)不同的是，散熱筋片的最高溫度變化并沒(méi)有呈現(xiàn)快速上升和緩慢下降2個(gè)階段，而是隨著制動(dòng)過(guò)程一直存在溫度上升的現(xiàn)象，也就是在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中一直處于吸收制動(dòng)盤(pán)外表面向內(nèi)部傳遞的熱量的狀態(tài)。散熱筋片的設(shè)計(jì)有效地改善了制動(dòng)盤(pán)在制動(dòng)過(guò)程中的熱傳遞問(wèn)題，這也從一個(gè)側(cè)面反映出散熱風(fēng)道的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器散熱性能的改善有著不可忽視的影響。

5 通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)優(yōu)化設(shè)計(jì)

5.1 優(yōu)化方式及設(shè)計(jì)變量

通過(guò)改變制動(dòng)盤(pán)厚度(x1)、散熱筋厚度(x2)、散熱筋縱向?qū)挾?x3)來(lái)改變制動(dòng)盤(pán)散熱性能(這里主要指制動(dòng)盤(pán)最高瞬態(tài)溫度)。

相較于有限元法的優(yōu)化過(guò)程，將有限元模型擬合成無(wú)限近似的數(shù)學(xué)模型能夠準(zhǔn)確、快捷地求解最優(yōu)解。求解優(yōu)化近似模型的過(guò)程包括樣本數(shù)據(jù)的采集、樣本模型擬合近似數(shù)學(xué)模型、近似模型的誤差分析以及對(duì)近似模型的精度優(yōu)化等。

5.2 優(yōu)化近似模型

為了最大程度地?cái)M合近似數(shù)學(xué)模型，需要使用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法求解30組仿真解，而仿真解的采樣使用最優(yōu)拉丁超立方設(shè)計(jì)法，它比普通的正交采樣覆蓋率和均衡性都更高，具有非常優(yōu)秀的精確度，有效地覆蓋了采樣空間，能夠逼近至少2階的非線性關(guān)系[8](圖9)。

圖9 近似模型采樣方法

試驗(yàn)設(shè)計(jì)所選擇的樣本設(shè)計(jì)變量以及變量的變化范圍圍繞優(yōu)化設(shè)計(jì)方式以及設(shè)計(jì)變量來(lái)確定，即在制動(dòng)盤(pán)厚度、散熱筋厚度以及散熱筋縱向?qū)挾冗@3個(gè)設(shè)計(jì)變量上分別選取合適的范圍進(jìn)行樣本采樣。具體采樣范圍如表3所示。

表3 設(shè)計(jì)變量以及變量的變化范圍

本文使用Isight中提供的最優(yōu)拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)的采樣方法進(jìn)行采樣，將選取的樣本點(diǎn)代入到有限元模型中進(jìn)行仿真計(jì)算，得出最高溫度y。

樣本點(diǎn)的采樣以及計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 樣本采樣數(shù)據(jù)

在30個(gè)采樣數(shù)據(jù)完成后，利用Isight的二次響應(yīng)面法來(lái)構(gòu)建制動(dòng)盤(pán)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，就是將這30組數(shù)據(jù)擬合成與變量x1、x2、x3有關(guān)的數(shù)學(xué)模型[9]，最高溫度y= f (x1, x2, x3)，即：

y=-24.685x1-10.651 4x2+17.408 15x3-0.101x1x2+0.443 061x1x3-1.528 31x2x3+0.794 672x12+1.316 931x22-0.474 3x32+323.327 8

(5)

因?yàn)榻⒌慕颇Ｐ筒⒉皇琼憫?yīng)變量和設(shè)計(jì)變量之間的真正模型，而是近似的關(guān)系式，所以存在一定的誤差，本研究使用R2來(lái)進(jìn)行誤差分析的評(píng)估。如果誤差較小則可以進(jìn)一步使用模型進(jìn)行優(yōu)化分析；如誤差較大，則繼續(xù)增加樣本點(diǎn)進(jìn)行模型的重新構(gòu)建。

誤差分析采用5個(gè)樣本點(diǎn)(表5)以及計(jì)算值進(jìn)行分析，對(duì)應(yīng)的R2結(jié)果和誤差分析如圖10所示。

表5 誤差分析樣本點(diǎn)

圖10 近似模型誤差分析

這樣，優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型就可以用如下公式代替原來(lái)的復(fù)雜有限元模型計(jì)算：

最小厚度

最小厚度

最小間距

y=制動(dòng)盤(pán)最高溫度擬合模型

即：

0.1

0.06

0.08

y=-24.685x1-10.651 4x2+ 17.408 15x3-0.101x1x2+ 0.443 061x1x3-1.528 31x2x3+ 0.794 672x12+1.316 931x22- 0.474 3x32+323.327 8

(6)

5.3 制動(dòng)盤(pán)優(yōu)化過(guò)程

賴(lài)宇陽(yáng)[10]利用Isight的Point算法來(lái)進(jìn)行迭代運(yùn)算，求解最優(yōu)解。Point 算法由4種算法組成，包括遺傳算法、最速下降法、線性單純形法以及序列二次規(guī)劃法。具體流程在Isight中的顯示如圖11所示。

在經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的迭代運(yùn)算之后，包括可行解、最優(yōu)解等在內(nèi)的可能結(jié)果會(huì)顯示在程序中。迭代過(guò)程中各項(xiàng)變量的可行解。

圖11 迭代算法流程框圖

圖12 近似模型參數(shù)迭代過(guò)程

最終的優(yōu)化結(jié)果如圖13所示。

Optimumdesignpoint:Run#=19736Objective=168.00976415641023Penalty=0.0ObjectiveAndPenalty=168.00976415641023x1=12.917281150817871x2=11.502419471740723x3=12.0y=168.00976415641023

圖13 迭代求解的優(yōu)化結(jié)果

5.4 有限元分析驗(yàn)證

由最終優(yōu)化結(jié)果的各項(xiàng)變量值可以得出優(yōu)化后最高溫度168.1 ℃。在求出最優(yōu)解后將其轉(zhuǎn)化為有限元模型再代入有限元軟件中進(jìn)行仿真分析，比較優(yōu)化前后溫度場(chǎng)分析結(jié)果的變化，評(píng)估優(yōu)化結(jié)果。優(yōu)化前后溫度場(chǎng)分析結(jié)果如圖14所示。

由圖14可知：溫度場(chǎng)在優(yōu)化后最高溫度下降了8 ℃左右，達(dá)到了169.97 ℃，說(shuō)明優(yōu)化變量的選擇是有效的。另外溫度場(chǎng)仿真的結(jié)果與優(yōu)化近似模型的計(jì)算結(jié)果非常接近，進(jìn)一步證明了優(yōu)化近似模型的準(zhǔn)確性。

圖14 優(yōu)化前后溫度場(chǎng)分析結(jié)果對(duì)比

6 結(jié)論

基于帶有散熱筋結(jié)構(gòu)的制動(dòng)器三維模型，通過(guò)構(gòu)建有限元模型并導(dǎo)入進(jìn)行溫度場(chǎng)仿真分析，研究在緊急制動(dòng)的情況下通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器的溫度場(chǎng)分布，并根據(jù)優(yōu)化擬合模型研究?jī)?yōu)化措施，得出以下結(jié)論：

1) 在緊急制動(dòng)工況下，高溫區(qū)域主要集中在制動(dòng)盤(pán)摩擦區(qū)域表面。制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量在縱向沿著制動(dòng)盤(pán)厚度方向向制動(dòng)盤(pán)內(nèi)部傳遞，并且制動(dòng)盤(pán)邊緣也就是摩擦片外側(cè)溫度上升較快，一定程度上加劇了摩擦片內(nèi)外側(cè)偏磨現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2) 散熱筋構(gòu)造對(duì)制動(dòng)盤(pán)散熱性能有著一定的影響，其設(shè)計(jì)優(yōu)劣勢(shì)必影響制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)性能的穩(wěn)定。在某些情況下，良好的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于改善制動(dòng)盤(pán)摩擦表面溫度場(chǎng)分布的不均勻以及接觸溫度過(guò)高的情況，而摩擦表面的接觸溫度以及溫度梯度集中反映了載荷、速度、摩擦因數(shù)、材料的熱物理特性以及耐久性等因素的影響。

3) 對(duì)制動(dòng)盤(pán)溫度場(chǎng)分布提出了更為準(zhǔn)確、快捷的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，為相應(yīng)的熱應(yīng)力集中、材料的熱疲勞耐久問(wèn)題研究提供了參考。

[1] 張光榮，謝敏松，黎軍,等.摩擦片偏磨引起的汽車(chē)制動(dòng)低鳴噪聲[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49(9)：81-86.

[2] 臧國(guó)群,何忠韜,丁立利.基于ANSYS的高速客車(chē)車(chē)頂穩(wěn)態(tài)傳熱溫度場(chǎng)分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2013(1):79-81.

[3] ASHWORTH R J,NEWCOMB T P.Temperature distributions and thermal distortions of brake drums[J].Proc I Mech E，1977(191):169-177.

[4] 趙華，蔣卓良.空間薄壁圓管瞬態(tài)溫度場(chǎng)有限元分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2010，24(4):44-48.

[5] 吳佳偉，楊志剛.氣流方向?qū)νL(fēng)制動(dòng)盤(pán)散熱性能的影響[J].汽車(chē)工程學(xué)報(bào)，2014，4(6)：418-423.

[6] 丁群，謝基龍.基于三維模型的制動(dòng)盤(pán)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算[J].鐵道學(xué)報(bào)，2002,24(6)：34-38.

[7] 馬迅，朱前進(jìn).蹄鼓式制動(dòng)器瞬態(tài)溫度場(chǎng)的仿真分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008(6):71-73.

[8] 何為，薛衛(wèi)東，唐斌.優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及數(shù)據(jù)分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[9] 閔亞能.試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)應(yīng)用指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[10]賴(lài)宇陽(yáng).Isight參數(shù)優(yōu)化理論與實(shí)例詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

(責(zé)任編輯 林 芳)

Temperature Finite Element Analysis and Optimization of the Radiating Rib Structure Disc Brake

PAN Gongyu， KAN Yunfeng

(School of Vehicle and Traffic Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China)

Combined with thermal analysis theory, numerical methods are used to substitute temperature boundary conditions, and the ventilated disc brakes with cooling ribs structure temperature field were analyzed and optimized. 3D model of the brake disc is built. Based on the temperature characteristics of the brake disc, we have the simulation analysis of transient temperature field distribution analysis obtained in the brake disc brake stroke in temperature, external temperature and temperature gradient distribution time variation curve. And using Isight, the brake discs is further structural optimized to improve the temperature field and return the results to finite element model simulation comparison argument. It provides a brake corresponding theoretical basis for design optimization, but also it provides the improved analysis tools to the brake failure judgment causedby the temperature fieldto a large extent.

finite element method; temperature field; transient analysis; structure optimization

2016 -08-09

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51375212)，江蘇省道路載運(yùn)工具應(yīng)用新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(201509)

潘公宇(1965—),男,博士,教授,主要從事車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、車(chē)輛動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論、車(chē)輛振動(dòng)控制技術(shù)等方面的研究，E-mail：pangongyu@hotmail.com。

潘公宇，闞云峰.散熱筋結(jié)構(gòu)盤(pán)式制動(dòng)器溫度場(chǎng)有限元分析與優(yōu)化[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(7):12-19.

format：PAN Gongyu，KAN Yunfeng.Temperature Finite Element Analysis and Optimization of the Radiating Rib Structure Disc Brake[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(7):12-19.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.07.002

U270.35

A

1674-8425(2017)07-0012-08