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溫度這么高??？汽車制動(dòng)過(guò)程Abaqus熱固耦合分析
2019-08-24 00:35:05· 來(lái)源：USim 作者：鄧怡超
盤式制動(dòng)又叫碟剎，常見于現(xiàn)代汽車、高鐵、飛機(jī)等交通工具上的制動(dòng)系統(tǒng)。如下圖，液壓油通過(guò)細(xì)金屬管連接到剎車總泵與卡鉗活塞，假設(shè)活塞截面積是細(xì)金屬管通道截
盤式制動(dòng)又叫碟剎，常見于現(xiàn)代汽車、高鐵、飛機(jī)等交通工具上的制動(dòng)系統(tǒng)。
如下圖，液壓油通過(guò)細(xì)金屬管連接到剎車總泵與卡鉗活塞，假設(shè)活塞截面積是細(xì)金屬管通道截面積的k倍，那么根據(jù)帕斯卡定律，卡鉗活塞會(huì)承受k倍于剎車總泵的壓力，將制動(dòng)襯塊死死摁在制動(dòng)盤上面，利用摩擦力使車輪停轉(zhuǎn)。
制動(dòng)盤構(gòu)造
帕斯卡定律
制動(dòng)過(guò)程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程，正常情況下，90%以上的摩擦耗散將轉(zhuǎn)化為熱量，表現(xiàn)為制動(dòng)盤和制動(dòng)襯塊等結(jié)構(gòu)的溫度升高。
制動(dòng)盤長(zhǎng)期溫度過(guò)高會(huì)影響制動(dòng)系統(tǒng)的有效工作，因此盤上通常會(huì)有打孔或采用中空式結(jié)構(gòu)，以便增大表面積，使熱量更快速地散失到周圍的空氣中。
采用Abaqus的Dynamic,Temp-disp,Explicit分析步，可以對(duì)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行完全的熱固耦合分析。
制動(dòng)系統(tǒng)熱固耦合有限元模型
假設(shè)在我們的模型中，摩擦耗散掉的能量100%都轉(zhuǎn)化為熱能，那么在接觸屬性的設(shè)置里面，將Heat Generation的耗散能轉(zhuǎn)化比率設(shè)置為默認(rèn)值即可。
摩擦生熱設(shè)置
考慮制動(dòng)盤表面與空氣的對(duì)流換熱，并將網(wǎng)格向著摩擦面分層加密，單元類型選擇C3D8RT，即溫度-位移耦合單元。在對(duì)剎停工況進(jìn)行分析時(shí)，將車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)考慮為質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
中低速剎停升溫30℃
定速下坡1s升溫100℃
定速下坡10s制動(dòng)升溫250℃
實(shí)際生活中，制動(dòng)盤的升溫高低跟行車制動(dòng)工況有很大的關(guān)系。正常的市區(qū)行駛，制動(dòng)盤溫度在100℃以內(nèi)比較合理；下坡制動(dòng)時(shí)，也有可能達(dá)到600℃左右（長(zhǎng)下坡持續(xù)或頻繁 制動(dòng)），雖然很多汽車的制動(dòng)盤能耐800℃的高溫，但是持續(xù)高溫對(duì)剎車系統(tǒng)的損害比較大，很容易誘發(fā)潛在的危險(xiǎn)。
據(jù)2018年11月新聞，蘭海高速蘭州南收費(fèi)站的 重大傷亡交通事故，起因便是 17公里長(zhǎng)下坡頻繁制動(dòng)導(dǎo)致的剎車失靈 ，所以遇到長(zhǎng)下坡路段不能頻繁踩剎車，應(yīng)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)或下坡輔助系統(tǒng)，安全行車。
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