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SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
馬貴
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程B05-18班
指導(dǎo)教師姓名
趙雨旸
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
汽車盤式制動器熱-結(jié)構(gòu)有限元分析
一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義
1、研究現(xiàn)狀
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車作為一種代步工具,已經(jīng)進(jìn)入普及時(shí)代。車輛保有量的增多,車速的日益提高,人們對其安全性能也有了更高的要求。而與安全性能有關(guān)的汽車制動問題,就成為了汽車工程上的重要問題,制動器作為保證汽車安全行駛的重要部件之一,也就成了人們研究的主要項(xiàng)目之一。隨著汽車最高車速的逐漸提前,為了適應(yīng)高速制動條件下摩擦制動器表面高溫造成的熱衰退及高速制動時(shí)帶來的噪聲污染,在制動器設(shè)計(jì)開發(fā)中必須對其高溫工作性能、熱衰退及恢復(fù)性能及制動時(shí)振動情況進(jìn)行預(yù)測分析。
要進(jìn)行上述的預(yù)測和分析,利用傳統(tǒng)方法就相形見絀了,CAE技術(shù)是目前較常用的方法。CAE(Computer Aided Engineering)是用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的一種近似數(shù)值分析方法。CAE軟件按研究對象分為:靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析,動態(tài)分析;按研究問題分為線性問題,非線性問題。CAE的技術(shù)種類有很多,其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),邊界元法(BEM,即Boundary Element Method),有限差法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一種方法各有其應(yīng)用的領(lǐng)域,而其中有限元法應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣,現(xiàn)已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)等。而有限元法最常用的軟件就是ANSYS,本課題將運(yùn)用ANSYS對盤式制動器在高速制動過程中進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)的耦合分析。
國內(nèi)一些高校在這一領(lǐng)域進(jìn)行了研究,但他們主要針對制動盤或鼓式制動器進(jìn)行研究,也有人對濕式多片制動器的溫度場進(jìn)行研究,對于盤式制動器磨擦片的研究特別是對壓力分布的研究很少。由于摩擦熱導(dǎo)致襯片溫度的升高,摩擦系數(shù)的變化和磨損加劇以及制動力矩波動使得制動不穩(wěn)和制動時(shí)噪聲問題仍未解決。二十多年來,我國摩擦學(xué)和材料學(xué)者從配方選擇、工藝改良、材料變革諸方面做了大量工作。但由于問題本身的復(fù)雜性以及技術(shù)手段的局限性,該問題并沒有得到有效的解決。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元方法的發(fā)展,為計(jì)算制動器溫度場提供了有力的手段。因此本課題采用理論分析及有限元方法,對摩擦片復(fù)雜的溫度場邊界條件進(jìn)行合理簡化,建立摩擦片本體溫度場及表面壓力研究的有限元分析模型,計(jì)算出制動器的本體溫度場及表面壓力場。
在國外,經(jīng)過幾十年來的發(fā)展和研究,理論已日趨完善,生產(chǎn)氣(液)壓盤式制動器的技術(shù)目前也已經(jīng)比較成熟,形成了系列產(chǎn)品。例如:博世(Bosch)公司、威伯科(WABCO)公司、阿文美馳公司等每年的產(chǎn)量都在20~50萬臺以上;在歐、美、日等發(fā)達(dá)國家,已把盤式制動器作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備在多級別的轎車、客車、中型、重型汽車上。我國在此項(xiàng)目上起步較晚,大部分是隨著歐系、日系轎車的引進(jìn)而上馬的轎車、微型車用液壓盤式制動器,各廠家產(chǎn)品相對單一。氣壓盤式制動器則大部分是在1999~2002年間汽車熱中上馬的生產(chǎn)廠家,國內(nèi)目前真正形成規(guī)?;a(chǎn)的企業(yè)有武漢元豐、浙江萬向、一汽四環(huán)等,總體上數(shù)量不多,但開發(fā)氣壓盤式制動器熱火朝天的局面大有愈演愈烈的趨勢。
綜上所述 ,國內(nèi)對制動器的研究主要還是基于試驗(yàn)方法,通過試驗(yàn)確定系統(tǒng)的動態(tài)特性、噪聲輻射體等參數(shù),最后再分析論證問題產(chǎn)生的原因,并在該基礎(chǔ)上采取一系列改進(jìn)措施。這種做法不僅提高了費(fèi)用、延長了開發(fā)時(shí)間,而且效率也較低。所以今后的研究方向是通過計(jì)算機(jī),利用虛擬樣機(jī)技術(shù)、模態(tài)分析技術(shù)、有限元方法、邊界元法、多體系統(tǒng)動力學(xué)理論等方法來提高設(shè)計(jì)分析能力,縮短了新產(chǎn)品的研制開發(fā)時(shí)間、節(jié)省研制開發(fā)成本和進(jìn)行大量試驗(yàn)所需的費(fèi)用,從而提高產(chǎn)品的市場竟?fàn)幠芰Α?
2、目的、依據(jù)和意義
隨著車速及車流密度的不斷提高,汽車的安全問題日益突出。制動器是汽車制動系統(tǒng)的執(zhí)行部件,它直接關(guān)系到汽車的安全行駛。制動器的熱-結(jié)構(gòu)場耦合分析計(jì)算是制動器設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容和選擇摩擦副材料的重要理論依據(jù),其強(qiáng)度、剛度及動態(tài)特性直接影響制動系統(tǒng)的工作特性及使用壽命,影響整車的安全性、舒適性、噪聲、操縱穩(wěn)定性等基本性能。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法周期長、成本高,CAD/CAE技術(shù)的在制動器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,可以大大縮短制動器開發(fā)周期、降低開發(fā)費(fèi)用,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。在制動器的結(jié)構(gòu)分析中,有限元法由于其能夠解決結(jié)構(gòu)形狀和邊界條件都非常任意的力學(xué)問題的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用,各種汽車結(jié)構(gòu)件都可以用有限元法進(jìn)行靜態(tài)分析、固有特性分析和動態(tài)分析。將分析結(jié)果返回到設(shè)計(jì)過程中,修改其中不合理的參數(shù),經(jīng)過反復(fù)的優(yōu)化,使得產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就可保證滿足使用要求從而縮短設(shè)計(jì)試驗(yàn)周期,節(jié)省大量的試驗(yàn)和生產(chǎn)費(fèi)用,它是提高汽車設(shè)計(jì)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適用性的方法之一。因此,為了保證其設(shè)計(jì)的精確性和縮短設(shè)計(jì)周期,基于有限元分析,對它在緊急制動工況下三維瞬態(tài)溫度場、應(yīng)力場的耦合分析計(jì)算,是非常重要和必須的。
二、設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、研究的基本內(nèi)容
(1)研究汽車盤式制動器的組成、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì);
(2)建立有限元計(jì)算模型;
(3)研究汽車盤式制動器的載荷;
(4)盤式制動器的有限元結(jié)構(gòu)分析;
(5)盤式制動器的有限元熱分析;
(6)盤式制動器的有限元熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。
2、擬解決的主要問題
(1)盤式制動器主要參數(shù)的測量;
(2)盤式制動器制動時(shí)的受力分析;
(3)運(yùn)用ANSYS建立制動盤和制動襯片的三維實(shí)體模型;
(4)運(yùn)用ANSYS對盤式制動器的關(guān)鍵零件進(jìn)行有限元靜態(tài)分析,重點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度分析;
(5)運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行動態(tài)分析;
(6)運(yùn)用ANSYS進(jìn)行溫度場分析、接觸分析以及熱-結(jié)構(gòu)耦合分析;
三、技術(shù)路線(研究方法)
調(diào)查研究
研究結(jié)構(gòu)分析與熱分析的基本理論
盤式制動器尺寸數(shù)據(jù)的采集、分析、處理
利用ANSYS建立三維實(shí)體模型
得出分析結(jié)論
利用ANSYS對盤式制動器主要零部件進(jìn)模態(tài)分析
利用ANSYS對盤式制動器主要零部件進(jìn)行熱分析
利用ANSYS對盤式制動器主要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析
對模型進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析
四、進(jìn)度安排
(1)調(diào)研、資料收集,完成開題報(bào)告 第1、2周(3月2日~3月15日)
(2)研究汽車制動器的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)方法,分析汽車制動器受力情況
第3周(3月16日~3月22日)
(3)建立盤式制動器有限元模型 第4、5周(3月23日~4月5日)
(4)對盤式制動器進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析 第6、7周(4月6日~4月19日)
(5)對盤式制動器進(jìn)行有限元熱分析 第8、9周(4月20日~5月3日)
(6)對盤式制動器進(jìn)行有限元熱-結(jié)構(gòu)耦合分析 第10、11周(5月4日~5月17日)
(7)完成設(shè)計(jì)說明書的撰寫 第12、13周(5月18日~5月31日)
(8)對分析程序與設(shè)計(jì)說明書進(jìn)行修改 第14周(6月1日~6月7日)
(9)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)審核、修改 第15、16周(6月8日~6月21日)
(10)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周(6月22日~6月28日)
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見:
簽字: 年 月 日