汽車鼓式制動器有限元結構分析,汽車,制動器,有限元,結構,分析 SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 杜宏磊 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 B04-16 指導教師姓名 趙雨旸 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程、 交通工程 是否外聘 □是√否 題目名稱 汽車鼓式制動器有限元結構分析 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 隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，汽車已經(jīng)進入普通家庭，人們對汽車在安全性、舒適性方面的要求已迅速向國際水平靠攏。汽車的噪聲問題，特別是制動器噪聲問題，已日益引起廣大消費者的廣泛關注。在國外，汽車制動器的噪聲問題已成為汽車工程技術中一項急需解決的問題。因此，制動器噪聲機理及降噪研究具有相當大的實用價值。 汽車制動器通常分為盤式制動器和鼓式制動器兩種。鼓式制動器因其結構緊湊，性能可靠，制動功率大，成本低在卡車和大中型客車中廣泛應用。盡管鼓式制動器技術成熟，使用方便，但由于環(huán)保要求的提高及汽車使用者對于乘用舒適性的要求，制動噪音問題仍然是一個迫切需要解決的問題。 汽車制動噪聲的研究已在國內外學者中引起了極大的重視。早在70年代，美國學者就對汽車盤式制動器的尖叫聲做了試驗研究，至今仍是研究的課題之一。此后，日、法、德等國研究人員也對制動器的振動和噪聲做了大量的試驗和研究。這些研究表明，制動尖叫噪聲是一種最常見的摩擦形式，它發(fā)生在盤式制動器的振動中。而分析尖叫噪聲的隨機特性一直是許多研究者所追求的目標。 國內從80年代末開始進行鼓式制動器制動噪聲的研究。主要研究單位有清華大學、長春汽車研究所、東風汽車公司等。主要開展的工作是探討制動鼓的高頻尖叫噪聲產(chǎn)生的機理及影響因素，根據(jù)實驗結果來描述制動噪聲的特征，結合對襯片摩擦特性和機械特性的研究及制動器部件的運動分析，提出降低噪聲的途徑。 2、目的、依據(jù)和意義 汽車的設計過程比較復雜，涉及到工程材料、生產(chǎn)工藝、結構力學等眾多學科。汽車制動器是汽車制動系統(tǒng)的主要工作裝置，其強度、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)的設計方法周期長、成本高， CAD/CAE技術的在制動器設計中的應用，可以大大縮短制動器開發(fā)周期、降低開發(fā)費用，提高設計質量。在制動器的結構分析中，有限元法由于其能夠解決結構形狀和邊界條件都非常任意的力學問題的優(yōu)點而被廣泛使用，各種汽車結構件都可以用有限元法進行靜態(tài)分析、固有特性分析和動態(tài)分析。將分析結果返回到設計過程中，修改其中不合理的參數(shù)，經(jīng)過反復的優(yōu)化，使得產(chǎn)品在設計階段就可保證滿足使用要求從而縮短設計試驗周期，節(jié)省大量的試驗和生產(chǎn)費用，它是提高汽車設計的可靠性、經(jīng)濟性、適用性的方法之一。因此，為了保證其設計的精確性和縮短設計周期，基于有限元分析，研究它的靜、動態(tài)力學特性，研究其振動噪聲，是非常重要和必須的。 隨著車輛噪聲法規(guī)的不斷嚴格化，各種解決車輛內、外噪聲的措施日益受到汽車工業(yè)界的重視。車輛的內部噪聲已經(jīng)能夠降到很低的程度，而車輛的外部噪聲，尤以制動噪聲和車輪與地面接觸作用噪聲為主，變得更為突出起來。另外，制動器結構中取代能排放有害物質的石棉摩擦材料的金屬摩擦材料的應用以及結構的輕量化，都會不同程度地改變制動器結構的動態(tài)穩(wěn)定性，甚至致使制動器振動噪聲問題惡化。制動器振動噪聲問題得到了越來越多的關注，成為汽車行業(yè)迫切需要解決的問題之一。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內容 （1）研究汽車鼓式制動器的組成、結構與設計； （2）建立有限元計算模型； （3）研究汽車汽車鼓式制動器的載荷； （4）加載進行靜態(tài)分析； （5）汽車鼓式制動器進行動態(tài)分析，重點分析噪聲振動。 2、擬解決的主要問題 （1）鼓式制動器主要參數(shù)的測量； （2）研究鼓式制動器的受力分析； (3) 對鼓式制動器的關鍵零件進行單獨建模：運用CAD/CAM/CAE軟件Pro/E進行建模導入或者運用有限元分析軟件ANSYS進行直接建模； （4）運用有限元分析軟件ANSYS對鼓式制動器的關鍵零件進行有限元靜態(tài)分析，重點進行強度分析； （5）運用有限元分析軟件ANSYS進行動態(tài)分析，重點分析噪聲振動。 （6）如有能力計劃將鼓式制動器進行溫度場分析、接觸分析以及熱-應力耦合分析方面拓展； （7）難點在于理論知識的缺乏，畢業(yè)設計期間對振動理論等加強學習，期望有所成效。 對鼓式制動器的關鍵零件進行有限元靜態(tài)分析 建立有限元計算模型 鼓式制動器的受力分析 鼓式制動器主要參數(shù)的測量 鼓式制動器類型選擇 研究汽車鼓式制動器的組成、結構與設計 相關資料搜集整理學習 三、技術路線（研究方法） 汽車鼓式制動器有限元結構分析 對鼓式制動器的鼓和蹄進行有限元接觸分析 對鼓式制動器的關鍵零件進行有限元模態(tài)分析 四、進度安排 （1）調研、資料收集，完成開題報告 第4周（3月24日～3月30日） （2）研究汽車鼓式制動器的設計步驟與設計方法，分析汽車鼓式制動器受力情況 第5周（3月31日～4月6日） （3）建立有限元模型 第6~7周（4月7日～4月20日） （4）施加載荷和邊界條件，求解，進行靜態(tài)分析 第8~9周（4月21日～5月4日） （5）運用有限元分析軟件ANSYS進行動態(tài)分析，重點分析噪聲振動 第10~12周（5月5日～5月25日） （5）完成設計說明書的撰寫 第13、14周（5月26日～6月8日） （6）畢業(yè)設計（論文）審核、修改 第15、16周（6月9日～6月22日） （7）畢業(yè)設計（論文）答辯準備及答辯 第17周（6月23日～6月 29日） 五、參考文獻 [01]龐劍，何華等，汽車噪聲與振動：理論與應用，北京：北京理工大學出版社，2006.6 [02]劉惟信，汽車制動系的結構分析與設計計算，北京：清華大學出版社，2004.9 [03]方泳龍，汽車制動理論與設計，北京：國防工業(yè)出版社，2005.1 [04]葉磊，史亞杰，ANSYS工程分析軟件應用實例，北京:清華大學出版社，2003 [05] 邵蘊秋.ANSYS8.0有限元分析實例導航[M].北京：中國鐵道出版社2004:1-4 [06] 白金澤,孫秦,郭英男.應用ANSYS進行復雜結構應力分析[J].機械科學與技術.2003,22(3):441-443. [07] 張亞歐.ANSYS9.0有限元分析實用教材[M].北京：清華大學出版社,2004. [08] 潭繼錦.汽車有限元法[M].北京:人民交通出版社，2005：2-3． [09]王望予，汽車設計，北京：機械工業(yè)出版社，2000 [10]陳家瑞，汽車構造，北京:人民交通出版社,1997 [11]蔡旭東，蔣偉康，鼓式制動器噪聲機理及對策研究，汽車工程，2002，5：391~407 [12]馬迅,秦劍，基于有限元法的制動鼓的耦合分析，機械設計與研究，2005，2：68~71 [13]劉立剛，王學林，鼓式制動器的有限元分析，專用汽車，2003，3：21~23 [14]蔣偉康，西擇男，高田博，鼓式制動器振動與嘯叫的研究，機械強度，1998，2：81~86 [15]管迪華，宿新東，制動振動噪聲研究的回顧、發(fā)展與評述，工程力學，2004，8：150~155 [16]陳興旺，鼓式制動器溫度場的研究，長安大學碩士學位論文，2006.06 [17]張靜雙，基于知識的汽車制動器設計專家系統(tǒng)的研究與開發(fā)，重慶大學碩士學位論文,2003.05 [18] 鼓育輝, 汽車制動系統(tǒng)關鍵零部件的強度分析, 南京理工大學碩士學位論文,2000.01 [19] 王良模等. 雙向自增力鼓式制動器效能因數(shù)的計算研究.江蘇省汽車工程學會第五屆年會論文. 南京: 1997 [20] 毛智東等，鼓式制動器接觸分析，　華　中　科　技　大　學　學　報(自然科學版)，2002.7：71~73 [21] Matysiak S J , Yevtushenko A A , Ivanyk E G. Contact temperature and wear of composite friction elements during braking. International Journal of Heat and MassTransfer , 2002 , 45 : 193～199 [22] Hohmann C , Schiffner K, Oerter K, et al. Contact analysis for drum brakes and disk brakes using ADINA.Computers and Structures , 1999 , 72 : 185～198 指導教師意見： 簽字： 年 月 日