汽车盘式制动器有限元分析

热固耦合分析

制动系统是汽车的重要组成部分，它直接影响到汽车的安全性。盘式制动器制动过程是一个典型的热固耦合过程，其温度场、应力场的分布和变化会对制动器工作性能和使用寿命产生直接影响，是汽车制动器设计研发的重要考虑内容。

分析步设置

分析步一：分析类型为Coupled temp-displacement，时间步长取1，打开大变形选项，对摩擦衬块施加均布压力。
分析步二：分析类型为Coupled temp-displacement，时间步长取3.384，对制动盘进行转动，计算温度场、热应力、应变。

温度场分布

如图1-13所示为制动盘各个节点的瞬时温度分布云图（标注时间为第二分析步内时间，而非总时间，后同）。由图中可以看出，随着时间推移，制动盘总体经历了一个先升温后降温的过程，这是由制动盘转速逐渐降低造成的。制动盘上的温度场并非呈轴对称分布，同一半径上周向不同点由于接触到摩擦衬块的时间先后不同，温度起伏变化上存在时间差。沿制动盘径向亦存在较大的温度梯度，同一半径方向上，随着半径的增加，盘面温度先增加后减小。另外，制动盘摩擦表面温度高于材料内部温度，这是由于制动器工作时摩擦热产生的速率高于材料内部的热传导速率。由于制动盘内径处离摩擦区域较远，产生的摩擦热难以短时间内传递到其附近，因此制动盘内径处升温很小。

如图1-18所示为制动盘各个节点的瞬时应力分布云图。由图中可以看出，与温度场相似，制动盘应力场总体上也经历了一个先增后降的过程。转动初期制动盘温度变化较小，温度应力小，受到摩擦衬块的摩擦力作用，制动盘应力最大值出现在螺栓孔附近。随着温度不断升高以及制动盘温度波动增大，温度应力逐渐起到主导作用，制动盘应力最大值转移到盘面处。随着制动盘转速越来越小，制动盘的温度波动也逐渐减小，应力最大值又回归到内径。

根据以上计算结果可知，该制动盘在紧急制动工况下制动盘最高温度为381.5℃，散热性能良好，有助于制动盘在刹车过程中维持良好的工作性能，以及提高制动盘的耐久性。
制动盘在紧急制动工况下应力水平较低，未超过材料抗拉强度，有较高的安全裕度。