1. 引言

車輛的安全性關(guān)鍵在于制動器的性能，常見的制動器類型有盤式制動器和鼓式制動器。盤式制動器具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、散熱效果好等優(yōu)點，在汽車中廣泛使用 [1] 。

研究人員對制動器進(jìn)行了大量研究，包括制動盤和摩擦片的接觸壓力分析、熱傳導(dǎo)、溫度場變化、熱應(yīng)力等方面。黃健萌在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，利用三維非穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行制動盤和摩擦片的接觸壓力分析，得到制動盤的形變量與壓力的分布有關(guān)的結(jié)論，同時提出摩擦力，熱應(yīng)力變形之間存在著熱力耦合現(xiàn)象 [2] 。呂振華提出制動盤的制動過程是非線性的過程，因此他使用間接耦合的方法分別求解制動盤的制動過程，分別分析了摩擦產(chǎn)生熱量的熱傳導(dǎo)、溫度場的變化及熱應(yīng)力的變化，又對制動盤和摩擦片之間的熱量分配進(jìn)行分析，將三者相互迭代計算進(jìn)行耦合分析 [3] 。李亮針對制動器在制動時產(chǎn)生的熱量問題，建立重復(fù)制動的分析模型，對制動過程中的熱量分配和散失進(jìn)行分析，考慮熱傳導(dǎo)、熱輻射和對流換熱系數(shù)等因素，最終計算求得制動器的瞬態(tài)溫度場，并與實驗進(jìn)行對比分析 [4] 。魯國富建立了三維制動盤瞬態(tài)溫度模型，對緊急制動工況進(jìn)行分析，分析了溫度場和熱應(yīng)力進(jìn)行分析 [5] 。韓建榮提出熱源輸出的方法進(jìn)行計算溫度場，同時用實驗加以驗證 [5] 。朱愛強(qiáng)對不同材料的制動盤和摩擦片進(jìn)行耦合分析 [6] 。司楊建立了非線性熱力耦合模型，分析了制動盤的溫度場分布，接觸壓力場分布以及薄厚差的影響 [7] 。孟德建建立了三維瞬態(tài)熱力耦合有限元模型，利用模型仿真和臺架試驗的驗證，得出熱力耦合特征的影響 [8] 。曲杰和蘇海賦等人利用代理模型的設(shè)計方法，對通風(fēng)盤式制動器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化 [9] 。潘公宇利用Insight軟件，對通風(fēng)盤式制動器進(jìn)行仿真分析和進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 [10] 。浙江大學(xué)許增輝利用Solidworks、ABAQUS軟件，建立盤式制動器熱力耦合有限元模型，分析熱力耦合特性，同時以臺架試驗進(jìn)行試驗驗證，最后對盤式制動器進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化 [11] 。

目前的研究還未深入分析制動盤內(nèi)部的熱力耦合特性。因此，本文作者考慮了制動溫度變化對材料參數(shù)和摩擦因數(shù)的影響，對不同工況下的制動器進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出了應(yīng)力、溫度分布等規(guī)律，并進(jìn)行了熱力耦合分析，以提供更準(zhǔn)確的計算結(jié)果和實際制動情況的參考。這些研究將為制動盤的設(shè)計和優(yōu)化提供理論支持。

2. 建立三維模型

為了進(jìn)行盤式制動器的熱力耦合分析，首先需要建立其三維模型。本文采用ABAQUS建模模塊建立了該模型。本文采用了簡化模型。簡化模型去除了對結(jié)構(gòu)力學(xué)和熱力學(xué)計算影響較小的零部件，以減少模型的復(fù)雜程度和網(wǎng)格劃分的復(fù)雜性，從而減少了仿真計算所需的節(jié)點數(shù)和計算時間 [12] 。

建模簡化條件如下：

1) 模型只包含制動盤和摩擦片，忽略其他部分如擋板、輪轂、制動鉗及其連接結(jié)構(gòu)。

2) 忽略細(xì)小工藝，如倒角、凹槽、螺孔。

3) 在熱力耦合分析中，只保留主要受力和受熱的面。

建立的模型如圖1所示，其中兩塊摩擦片位于摩擦盤的上下兩側(cè)。制動盤的上下兩側(cè)分別有光滑的接觸盤表面，并且中間有36根散熱筋。這些散熱筋的長度為38 mm，寬度為8 mm，厚度為15 mm，夾角為10?。

表1. 制動盤和摩擦片結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1. 盤式制動器模型圖

3. 盤式制動器熱力耦合模型構(gòu)建

3.1. 模型條件假設(shè)

熱力耦合是一種復(fù)雜的過程，涉及制動盤和摩擦片之間的熱量傳遞和對流換熱 [13] 。制動過程中產(chǎn)生的熱量主要源于制動盤和摩擦片之間的摩擦生熱，以及摩擦片的微小形變和材料降解。這些熱量通過熱傳導(dǎo)和熱對流向周圍環(huán)境傳遞 [14] 。研究熱力耦合需要考慮摩擦生熱理論、接觸理論和傳熱理論。制動過程中，摩擦產(chǎn)生的熱量主要由制動盤和摩擦片之間的相對運(yùn)動引起。制動盤和摩擦片在接觸區(qū)域發(fā)生摩擦，產(chǎn)生摩擦生熱。此外，摩擦片在受壓力和溫度作用下發(fā)生微小形變，可能發(fā)生撕裂和粘結(jié)，導(dǎo)致制動盤表面微弱形變 [15] 。摩擦片的材料屬性也會導(dǎo)致在一定溫度下發(fā)生材料降解，產(chǎn)生一部分熱量。熱力耦合現(xiàn)象是非線性的力學(xué)問題，涉及材料的塑性變形和結(jié)構(gòu)變化。制動盤和摩擦片在接觸區(qū)域的溫度和壓力隨時間改變，導(dǎo)致接觸面積、接觸狀態(tài)和相對位置都在不斷變化 [16] 。制動盤和摩擦片之間的接觸條件是非線性的，會隨時間變化。熱量的傳遞方式包括熱傳導(dǎo)和熱對流。熱傳導(dǎo)是最主要的傳熱方式，可以發(fā)生在物體內(nèi)部或物體之間 [17] 。熱對流是熱量通過介質(zhì)的流動傳遞的方式，可以發(fā)生在氣體和液體介質(zhì)中。在研究盤式制動器的熱力耦合過程中，通常會考慮熱傳導(dǎo)和熱對流這兩種主要的熱傳遞方式，而熱輻射的作用相對較小，可以在簡化模型時忽略。

為了模擬實際的制動工況并確保計算精度和計算效率，在采用熱力耦合方法時，我們做出以下假設(shè) [18] ：

1) 制動時摩擦片受力均勻分布。

2) 材料被假設(shè)為各向同性的彈性材料，在制動過程中動能完全轉(zhuǎn)化為熱能。

3) 制動過程只考慮熱對流和熱傳導(dǎo)，而忽略熱輻射的影響。

4) 在制動過程中不考慮車輪抱死的情況。

5) 制動接觸面被假設(shè)為理想平面，而初始溫度T0為20℃。

3.2. 耦合模型理論計算

根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，對于制動系統(tǒng)，得到柱坐標(biāo)系下三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)微分方程 [19] ：

 式中：λd為制動盤導(dǎo)熱系數(shù)；ρd為制動盤密度；cd為制動盤比熱容；Td為制動盤瞬態(tài)溫度；r、 θ分別為徑向坐標(biāo)和周向坐標(biāo)；t為制動時間；Ω為解域。

該微分方程主要描述某個區(qū)域內(nèi)的溫度隨時間的特點，有限元計算的初始條件和邊界條件如下 [20] ：

式中：T0為環(huán)境溫度；qd為圓盤吸收的熱流密度；hdi為邊界面上的換熱系數(shù)；Ωi(i=1,2,3)為邊界求解域；ni為面外法向方向余弦；z為柱坐標(biāo)下Z向坐標(biāo)。

汽車的制動過程本質(zhì)上是將汽車制動系統(tǒng)的動能和勢能通過制動盤與摩擦片的相互作用轉(zhuǎn)化為熱能的過程。制動盤與摩擦片之間存在熱流輸入和自然傳熱，其中熱流密度分別為 [21] ：

式中：f(t)為不同時刻的摩擦因數(shù)；p為接觸壓力；v為制動盤與摩擦片相對滑動速度；kd為制動盤熱流分派系數(shù)；kp為摩擦片熱流分配系數(shù)。其中 kd和 kp滿足以下關(guān)系 [22] ：

式中：ρ為密度；c為比熱容；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；下標(biāo) d、 p表示制動盤和摩擦片。由溫度引起的線應(yīng)變?yōu)?[23]

在存在初始應(yīng)變，由溫度引起的應(yīng)力計算公式為 [3]

式中：σ為應(yīng)力矩陣；D為材料彈性矩陣；Δε為熱變形引起的熱應(yīng)變。圓盤的換熱主要是對流換熱，圓盤表面的對流換熱系數(shù)經(jīng)驗計算公式如下 [24] ：

式中：Re=ωdρa(bǔ)dd/(3.6μa)為雷諾數(shù)；μa為空氣黏度；λa為空氣傳熱系數(shù)；ρa(bǔ)為空氣密度；ωd為制動盤轉(zhuǎn)速；dd為制動盤外徑。

3.3. ABAQUS 模型預(yù)處理與分析

為了保證計算效率和收斂性，并提高網(wǎng)格劃分的質(zhì)量，在ABAQUS中對制動盤模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。[14] 為了減少對熱力耦合影響較小的特征，我們將制動盤切分為多個小模塊。根據(jù)表2的材料參數(shù)屬性設(shè)置材料參數(shù)，并使用ABAQUS軟件進(jìn)行有限元分析。該軟件通過對計算模型的單元節(jié)點進(jìn)行計算，并求解離散域方程，得出節(jié)點處的變量近似值。為了更好地求解單元，需要對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將其轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格化有限元模型。對于盤式制動器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，合理的網(wǎng)格劃分可以減輕計算負(fù)擔(dān)。本研究采用ABAQUS自帶的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分功能，以滿足分析要求并精簡網(wǎng)格數(shù)量。總共使用了23,864個節(jié)點和14,756個線性六面體網(wǎng)格單元(類型為C3D8RT)，劃分的網(wǎng)格如圖2所示。以上是對網(wǎng)格劃分的描述，通過這種方式可以在保證計算效率和收斂性的同時，減少對熱力耦合影響較小特征的計算。

有限元模型在模擬剎車制動過程時，需要進(jìn)行一些假設(shè)以滿足仿真計算的要求。為了盡可能地模擬真實的剎車過程，模型在初始狀態(tài)下假設(shè)了制動盤和摩擦襯之間存在一定的間隙，并在摩擦片上施加均勻的力。因此，仿真過程至少需要兩個載荷步來計算制動過程：第一步是制動盤施加一定的轉(zhuǎn)速，摩擦片受到均勻力的作用，向制動盤移動，消除間隙，使制動盤和摩擦片接觸；第二步是制動盤和摩擦片發(fā)生接觸壓力，產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致制動盤轉(zhuǎn)速降低，直至停止運(yùn)動。為了有效進(jìn)行仿真計算并得出結(jié)果，建模過程中需要做出以下假設(shè)：

1) 使用的材料具有各向同性，且密度均勻。

2) 材料的物理參數(shù)是常數(shù)，并且不隨溫度變化而變化。

3) 摩擦片受到的壓力均勻地施加在摩擦片表面，并保持恒定。

4) 制動時前后輪都處于抱死狀態(tài)，并且制動路面是良好的瀝青或混凝土路面。

5) 制動過程中不存在制動盤和摩擦片之間的磨損。

6) 制動盤和摩擦片之間的接觸平面是理想平面，不存在凸峰，屬于彈性接觸。

這些假設(shè)有助于進(jìn)行有效的仿真計算，并得出相應(yīng)的結(jié)果。

制動盤和摩擦片材料和物理屬性如下：

圖2. 盤式制動器網(wǎng)格劃分圖

表2. 盤式制動器部件材料屬性

3.4. 模型主要參數(shù)

根據(jù)實際車輛運(yùn)行狀況，我們選擇了500、1000、1500 r/min作為制動仿真的初始速度進(jìn)行分析。為滿足制動需求，大多數(shù)車輛都裝配了帶有自帶空氣泵的氣剎裝置。制動系統(tǒng)可以通過加壓裝置利用空氣泵增加制動壓力。我們選取了制動壓力為5、6、7 MPa進(jìn)行制動仿真分析 [25] 。

為了確保計算收斂和提高計算效率，我們采用了溫度–位移耦合的方法建立了分析步驟。緊急制動時間被設(shè)定為5秒，計算初始步長為0.005，最小步長為5 × 10?10，最大步長為0.1。熱流密度和換熱系數(shù)分別使用公式(9)和公式(15)進(jìn)行計算。以上是制動仿真分析的一些設(shè)置，通過這些設(shè)置可以確保計算的收斂性并提高計算效率。

4. 熱力耦合仿真與結(jié)果分析

4.1. 制動轉(zhuǎn)速

在制動壓力為6 MPa的情況下，對于緊急制動轉(zhuǎn)速分別為500、1000、1500 r/min的情況，進(jìn)行了為期5秒的仿真制動。圖3和圖4展示了制動盤溫度和應(yīng)力的變化曲線。

制動盤表面溫度的不均勻分布會引起應(yīng)力的不均勻。短時間內(nèi)溫度的迅速上升會對制動效能產(chǎn)生影響。因此，需要對制動盤的溫度場進(jìn)行分析。可以選擇有限元模型中某個節(jié)點的瞬時溫度和溫度分布規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)分析。

從圖3可以觀察到，在制動過程的初期，溫度迅速上升，呈陡峭的趨勢，與整體溫度圖的上升變化相一致。隨后，溫度上升速度減緩，變化較小，并最終開始下降。溫度的變化呈現(xiàn)鋸齒形狀，即溫度的上升和下降交替出現(xiàn)。最初，溫度顯示出上升–下降–上升的齒形變化。隨著時間的推移，鋸齒形之間的間隔逐漸增大。這是因為開始時，制動盤的轉(zhuǎn)速較高，制動盤和摩擦片之間的摩擦?xí)r間較短，導(dǎo)致制動盤和摩擦盤產(chǎn)生的溫度無法及時散失，溫度持續(xù)上升，從而導(dǎo)致鋸齒形之間的間隔較小。隨著制動盤轉(zhuǎn)速的降低，制動盤和摩擦片之間的摩擦?xí)r間增加，持續(xù)時間相對延長，因此鋸齒形之間的間隔增大。鋸齒齒頂和齒谷溫差的增加是由于相對摩擦?xí)r間的增加，導(dǎo)致對流換熱時間的增加，從而熱量散失較多，使得溫度變化的幅度逐漸增大。在制動過程中，超過0.15秒后，三條曲線的趨勢明顯不同，不同的制動轉(zhuǎn)速對制動盤整體溫度產(chǎn)生較大影響。制動轉(zhuǎn)速為500、1000、1500 r/min時，達(dá)到最高溫度的時間分別為3.55、3.67、3.93秒，最高溫度分別為185.74℃、303.80℃、363.71℃。由此可見，制動轉(zhuǎn)速不同，達(dá)到最高溫度所需的時間也不同，轉(zhuǎn)速越大，達(dá)到最高溫度所需時間越長。

圖3. 不同制動轉(zhuǎn)速下溫度隨時間變化曲線

應(yīng)力是熱力耦合過程中的另一個重要物理量。當(dāng)局部應(yīng)力過大時，會導(dǎo)致制動盤在高溫和高應(yīng)力區(qū)域出現(xiàn)熱裂紋。熱裂紋是導(dǎo)致制動效能下降的主要原因之一，在制動過程中屬于高危情況。因此，需要進(jìn)一步分析制動盤整體的應(yīng)力情況。

圖4展示了不同制動轉(zhuǎn)速下應(yīng)力隨時間變化的曲線，與圖3中制動盤溫度變化的趨勢相似。開始制動時，應(yīng)力和溫度均迅速上升，呈陡峭的斜坡狀，但應(yīng)力的上升速度比溫度更快。隨后，應(yīng)力的上升逐漸減緩，達(dá)到最大值后開始緩慢下降，這與溫度場的變化趨勢相對應(yīng)。這說明溫度的上升導(dǎo)致了局部應(yīng)力分布的不均勻性，從而影響應(yīng)力的變化幅度，而應(yīng)力變化又使得局部溫度發(fā)生改變，形成了應(yīng)力和溫度相互影響的關(guān)系?？傮w上，圖4中的應(yīng)力變化呈現(xiàn)較小的上下波動，相對于溫度的波動來說較小。這是因為應(yīng)力在物體中的傳遞速度比溫度更快，所以應(yīng)力的變化在一個周期內(nèi)(制動盤轉(zhuǎn)動一圈)相對較平穩(wěn)。然而，“鋸齒形”的變化是由于制動盤轉(zhuǎn)動和溫度變化之間的交替影響所產(chǎn)生的變化規(guī)律。

在靜力分析步內(nèi)施加壓力，三條應(yīng)力曲線迅速上升，1秒后增長速度減緩，并逐漸上升到最高點。當(dāng)制動初速度為500、1000和1500 r/min時，達(dá)到最高應(yīng)力的時間分別為2.38、1.95和1.95秒，最大應(yīng)力值分別為202.10、343.76和400.08 MPa。根據(jù)應(yīng)力和溫度達(dá)到最高點的時間對比，可以觀察到溫度的最大值總體上滯后于應(yīng)力的最大值，這表明應(yīng)力和溫度之間存在著耦合特性，符合公式(12)和(13)中應(yīng)力與溫度呈線性變化的關(guān)系。然而，該公式僅描述了溫度導(dǎo)致的應(yīng)力變化，是單向的。本文采用了溫度–位移耦合的方法，即應(yīng)力和溫度相互作用，因此應(yīng)力變化曲線與溫度變化曲線并不完全相同。

圖4. 不同制動轉(zhuǎn)速下應(yīng)力隨時間變化曲線

4.2. 制動壓力

當(dāng)制動轉(zhuǎn)速為1000 r/min，制動比壓分別為5、6、7 MPa時，進(jìn)行5s的仿真制動。圖5和圖6展示了制動盤溫度和應(yīng)力的變化曲線。

根據(jù)圖5，可以觀察到隨著制動壓力的增加，制動盤的溫度上升速度更快，最終溫度也更高。隨著壓力增加，制動盤表面的溫度也隨之增加。這是因為隨著壓力增大，外部載荷引起的機(jī)械應(yīng)力增加，導(dǎo)致更多的熱量產(chǎn)生和能量轉(zhuǎn)換，而散熱效果較小，因此溫度持續(xù)上升。同時，由于熱傳導(dǎo)和與空氣對流的影響，溫度會向周圍區(qū)域擴(kuò)散，形成明顯的溫度梯度。隨著制動壓力增大，制動盤的溫度梯度也會迅速增大，導(dǎo)致盤面產(chǎn)生局部高溫區(qū)域。這不均勻的溫度分布會影響制動器的工作性能。此外，隨著制動壓力增大，達(dá)到最高溫度所需的時間也縮短。這表明在短時間內(nèi)，摩擦所產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對流換熱的作用，符合式(9)中制動壓力增大導(dǎo)致熱流輸入增大的關(guān)系。具體而言，當(dāng)制動壓力分別為5、6、7 MPa時，制動盤的最高溫度分別為278.40℃、303.80℃、323.63℃?？梢园l(fā)現(xiàn)，制動壓力對制動器的最高溫度有著巨大影響，制動壓力越大，制動盤失效的概率也越高。

圖6展示了不同制動壓力下制動器等效應(yīng)力隨時間變化的曲線。可以觀察到，制動壓力增加會導(dǎo)致制動器的等效應(yīng)力增大。具體而言，當(dāng)制動壓力分別為5、6、7 MPa時，制動器的最大應(yīng)力分別為315.29、343.76、358.13 MPa?？梢园l(fā)現(xiàn)，制動壓力為7 MPa時，最大應(yīng)力比5 MPa時高出42.84 MPa。這表明制動壓力增加對應(yīng)力的影響非常顯著。

圖5. 不同制動壓力下溫度隨時間變化曲線

圖6. 不同制動壓力下應(yīng)力隨時間變化曲線

4.3. 制動盤溫度與應(yīng)力分析

在制動轉(zhuǎn)速為1000 r/min，制動壓力為6 MPa的情況下，對制動盤的制動特性進(jìn)行了分析，并得到了不同制動時刻的溫度與應(yīng)力的云圖，如圖7和圖8所示。

圖7. 不同時刻溫度云圖

圖8. 不同時刻應(yīng)力云圖

制動盤表面溫度的不均勻分布會引起應(yīng)力的不均勻。短時間內(nèi)溫度的迅速上升會對制動效能產(chǎn)生影響。因此，需要對制動盤的溫度場進(jìn)行分析?？梢赃x擇有限元模型中某個節(jié)點的瞬時溫度和溫度分布規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)分析。

根據(jù)圖7，不同時刻制動盤的溫度云圖顯示溫度的變化幅度相對較小，且變化不明顯。制動盤的溫度受到傳熱和散熱的影響，導(dǎo)致摩擦區(qū)域的溫度升高較快，而邊緣附近的區(qū)域溫度上升較慢。散熱筋式制動盤在軸向方向上的散熱速度較快，相對于徑向方向上的傳熱速度更快，這導(dǎo)致向兩側(cè)的熱量傳遞較小，使得溫度云圖上的變化不太明顯。在不同時刻，制動盤的溫度分布是非軸對稱的，尤其是在制動壓力施加完成后的初始階段和摩擦區(qū)域形成環(huán)狀高溫區(qū)的階段。

圖8展示了不同時刻制動盤的應(yīng)力云圖。應(yīng)力主要集中在制動盤和摩擦片接觸面區(qū)域。隨著制動盤轉(zhuǎn)動經(jīng)歷的摩擦次數(shù)增加，應(yīng)力迅速增加。在制動前期，由于轉(zhuǎn)速較快，摩擦次數(shù)較多，導(dǎo)致應(yīng)力迅速上升。隨著持續(xù)摩擦，制動盤受到的應(yīng)力不斷增加。在制動過程中，制動盤的溫度上升趨勢陡峭，導(dǎo)致制動盤微弱變形，使得應(yīng)力不均勻分布，產(chǎn)生較高的應(yīng)力。最高應(yīng)力達(dá)到后，制動盤溫度上升緩慢，應(yīng)力維持在較高水平，并且受散熱條件影響，應(yīng)力會出現(xiàn)微弱的上下波動。隨后，制動盤轉(zhuǎn)速降低，接觸摩擦次數(shù)減少，對流換熱時間增加，溫度開始下降，最大應(yīng)力明顯降低，直到制動盤停止轉(zhuǎn)動。應(yīng)力云圖顯示出應(yīng)力的變化趨勢與溫度的變化趨勢基本一致。最大應(yīng)力首先迅速增大，然后在高位區(qū)域微弱地上下波動，最后開始逐步下降。應(yīng)力沿著接觸面的摩擦半徑范圍向轉(zhuǎn)動方向傳遞，并在制動盤上形成間隔式的高應(yīng)力和低應(yīng)力分布。高應(yīng)力區(qū)域主要位于制動盤內(nèi)部的散熱筋上，這也說明了在沒有散熱筋的區(qū)域溫度相對較低，局部熱應(yīng)力較小。

綜上所述，溫度場和應(yīng)力場在制動過程中相互影響，溫度的分布情況對應(yīng)著應(yīng)力的分布情況。

5. 結(jié)語

在制動器的制動過程中，如果溫度升高過快或最高溫度過高，會導(dǎo)致熱應(yīng)力過大。這會使制動盤表面發(fā)生熱變形，并可能引發(fā)熱裂紋，從而降低安全性能，甚至引發(fā)交通事故。隨著對汽車安全性能要求的不斷提高，熱力耦合研究的重要性也日益增加。本文對制動轉(zhuǎn)速為500、1000、1500 r/min以及制動壓力為5、6、7 MPa的制動工況進(jìn)行分析，獲取應(yīng)力、溫度等的分布規(guī)律，并對熱力耦合進(jìn)行分析。

在制動過程中，總體溫度變化呈現(xiàn)非線性關(guān)系。溫度先上升，然后在中間階段出現(xiàn)穩(wěn)定波動，最后下降。波動的幅度大小不一，并且上升階段呈現(xiàn)出鋸齒形狀。這是因為制動時接觸區(qū)域不斷更換，導(dǎo)致溫度周期性地升高和降低。高溫主要分布在制動盤和摩擦片接觸表面的中心線附近，然后沿徑向、軸向方向傳播，溫度逐漸降低。

1) 在緊急制動過程中，盤式制動器的溫度和應(yīng)力的最大值與制動轉(zhuǎn)速和制動壓力成正相關(guān)。制動轉(zhuǎn)速對溫度和應(yīng)力的最大值的影響比制動壓力更加明顯。

2) 制動盤溫度和等效應(yīng)力在圓周上都呈現(xiàn)環(huán)帶狀分布，并且二者具有一致性。溫度的最高值滯后于等效應(yīng)力的最高值，這表明在制動盤的熱力耦合過程中，溫度和應(yīng)力相互耦合。

3) 摩擦接觸擠壓區(qū)域會產(chǎn)生大量熱量，但熱傳導(dǎo)具有延遲性，導(dǎo)致溫度高的區(qū)域更靠近摩擦區(qū)域。