外文翻譯（中文）--汽車制動(dòng)盤的冷卻因素預(yù)測(cè)和其影響結(jié)果的熱值模擬

1、<p><b>　　中文6265字</b></p><p>　　汽車制動(dòng)盤的冷卻因素預(yù)測(cè)和其影響結(jié)果的熱值模擬</p><p>　　M. PEVEC, I. POTRC, G. BOMBEKand D. VRANESEVIC</p><p>　　1) 產(chǎn)品開發(fā)—制動(dòng)和懸架，Cimos d. d.，Marezganskega upor

2、a 2，科佩爾 6000、斯洛文尼亞　　</p><p>　　2) 機(jī)械工程學(xué)院，馬里博爾大學(xué)，馬里博爾2000,斯洛文尼亞</p><p>　　摘 要：在制動(dòng)盤的開發(fā)過(guò)程中，有必要對(duì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以肯定用預(yù)測(cè)的方式，即使用不考慮冷卻因素的模型也能滿足所有客戶的請(qǐng)求，通常制動(dòng)盤適用性測(cè)試的不同順序制動(dòng)測(cè)試中，將達(dá)到最高溫度作為制動(dòng)盤是否合適的標(biāo)準(zhǔn)。如何預(yù)測(cè)制動(dòng)盤的行為，在預(yù)試

3、期之前對(duì)開發(fā)成本和時(shí)間有很大影響。預(yù)測(cè)制動(dòng)盤制動(dòng)溫度常見的方法是數(shù)值模擬分析法，借助于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，流經(jīng)汽車的空氣流量由制動(dòng)盤的尺寸參數(shù)決定，對(duì)所有汽車速度和制動(dòng)盤的溫度進(jìn)行傳熱系數(shù)計(jì)算，然后把結(jié)果導(dǎo)入到熱值模擬順序制動(dòng)測(cè)試中進(jìn)行分析，結(jié)果表明，冷卻因素對(duì)溫度的影響很大。要想從數(shù)值模擬和汽車測(cè)試模擬中獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，必須要考慮傳熱系數(shù)的準(zhǔn)確性、適當(dāng)性，數(shù)值模擬法得到更精確的數(shù)值并為開發(fā)工程師在制動(dòng)盤早期預(yù)試階段提供合適的開發(fā)方案。&l

4、t;/p><p>　　關(guān)鍵詞：通風(fēng)制動(dòng)盤；傳熱系數(shù)；CFD和有限元法；溫度負(fù)荷</p><p><b>　　1. 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　在制動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)的汽車的動(dòng)能和勢(shì)能都轉(zhuǎn)化為熱能。大多數(shù)的熱能被制動(dòng)盤吸收，然后散失到周圍的空氣。實(shí)心制動(dòng)盤散熱緩慢。因此，目前通風(fēng)盤通過(guò)增強(qiáng)氣流通來(lái)改善汽車制動(dòng)系統(tǒng)冷卻。通風(fēng)制動(dòng)盤作為一個(gè)離心機(jī)，使冷空氣

5、進(jìn)入內(nèi)側(cè)，冷空氣通過(guò)葉片然后被排出。有人指出，通風(fēng)盤式制動(dòng)器的對(duì)流傳熱系數(shù)大約是那些實(shí)心盤式制動(dòng)器的兩倍(Limpert，1975年)。</p><p>　　由于制動(dòng)效率取決于汽車重量、最大速度等，所以每種具體汽車制動(dòng)盤的開發(fā)是不一樣的。迄今為止，制動(dòng)盤程序開發(fā)通常是復(fù)制類似的車型或只是做細(xì)微的修改和之前已有的設(shè)計(jì)重復(fù)。如果設(shè)計(jì)能在汽車測(cè)試時(shí)令人滿意，這個(gè)設(shè)計(jì)將被批準(zhǔn)。直到進(jìn)行試驗(yàn)之前沒(méi)有人確切知道設(shè)計(jì)的制動(dòng)盤是

6、否會(huì)通過(guò)汽車行駛過(guò)程測(cè)試。開發(fā)工程師正在試圖在進(jìn)行物理測(cè)試之前預(yù)測(cè)制動(dòng)盤的行為。目前，數(shù)值分析在開發(fā)制動(dòng)盤過(guò)程中已成為一個(gè)強(qiáng)大的工具。利用各種各樣的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行有限元計(jì)算，可提供制動(dòng)盤的運(yùn)行狀況。</p><p>　　在過(guò)去的幾年里，制動(dòng)盤熱分析已經(jīng)變得非常流行，有許多關(guān)于制動(dòng)盤熱分析話題的論文。列車制動(dòng)盤的熱力學(xué)分析使用傳熱系數(shù)(Reibenschuh和Oder，2009年)進(jìn)行了估計(jì)，他們還強(qiáng)調(diào)由于溫度負(fù)載

7、確定，對(duì)汽車制動(dòng)盤進(jìn)行了類似的分析(Gotowicki et al，2005年)，其次，平均對(duì)流系數(shù)被認(rèn)為是由制動(dòng)器行業(yè)考慮溫度和速度的平均值的實(shí)驗(yàn)而確定的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在90與100之間 。最新的研究是專注于使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)改善冷卻。直到現(xiàn)在，雖然，這方面的研究已經(jīng)受到大部分商業(yè)和列車制動(dòng)盤的限制(Galindo-Lopez和Tirovic，2008年)，盡管大多數(shù)的盤式制動(dòng)器安裝在客車上，但也已經(jīng)對(duì)客車制動(dòng)盤進(jìn)行了一些研究。

8、對(duì)冷卻通道的形狀進(jìn)行了優(yōu)化以促進(jìn)制動(dòng)冷卻(Palmer et al，2009年)，繼續(xù)在這個(gè)領(lǐng)域工作是合理的,不僅對(duì)通道進(jìn)行最優(yōu)化，使其達(dá)到最大的冷卻效率,也對(duì)制動(dòng)盤的尺寸形狀包括CFD計(jì)算的熱值分析。這是一個(gè)試圖使數(shù)值分析盡可能精確的新方法。</p><p>　　本文所提出的方法將會(huì)把已知尺寸圖形的冷卻因素考慮進(jìn)去并且為熱過(guò)程在標(biāo)準(zhǔn)的順序制動(dòng)試驗(yàn)提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。考慮冷卻的數(shù)值分析的溫度分布結(jié)果將與沒(méi)有考慮冷卻

9、的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行同樣的分析。</p><p>　　在論文的第一部分，將會(huì)計(jì)算出制動(dòng)盤兩種不同區(qū)域的冷卻因素。這個(gè)因素將在熱分析中作為邊界條件使用。在第二部分,將會(huì)對(duì)10個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出熱分析。首先，在不考慮冷卻的情況下進(jìn)行分析，第二個(gè)分析將前面計(jì)算的冷卻因素考慮進(jìn)去，考慮冷卻的準(zhǔn)確性并對(duì)這兩個(gè)分析的結(jié)果做比較。</p><p><b>　　2. 制動(dòng)盤散熱</b><

10、/p><p>　　傳熱系數(shù)的評(píng)估，要求考慮個(gè)別的的貢獻(xiàn)機(jī)制，對(duì)于制動(dòng)盤而言包括傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，就對(duì)流傳熱而言,這個(gè)機(jī)制可以被視為兩個(gè)部分：第一，包括所有外表面的對(duì)流，第二，包括通過(guò)徑向通道的對(duì)流(Galindo-Lopez and Tirovic，2008年)，在這個(gè)分析中,這兩個(gè)區(qū)將域被命名為支架外表面和通風(fēng)孔徑向通道。</p><p>　　3. 傳熱系數(shù)的計(jì)算</p>&l

11、t;p>　　使用ANSYS CFX(ANSYS，2009年)軟件程序分析通過(guò)制動(dòng)盤和其周圍的氣流，隨后，也可以用作熱分析計(jì)算的邊界條件并考慮對(duì)流和輻射的傳熱系數(shù)，計(jì)算出兩個(gè)分隔區(qū)域在所有的轉(zhuǎn)速和溫度下的平均熱傳遞系數(shù)。表一所示，對(duì)車速為5、25、50、75、100、125、150、175和200公里/小時(shí)的溫度做出的分析，這意味著計(jì)算重復(fù)了90次。</p><p>　　3.1. 制動(dòng)盤的3D模型</p

12、><p>　　客車前制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)和基本尺寸如圖2所示。制動(dòng)盤有41個(gè)冷卻葉片間距,使其以8.78度的基本角度對(duì)稱，選擇這個(gè)模型是因?yàn)镃imos工廠生產(chǎn)這種制動(dòng)盤使試驗(yàn)標(biāo)本的生產(chǎn)簡(jiǎn)單。為CFD數(shù)值計(jì)算選擇一個(gè)有三個(gè)冷卻葉片的3D模型，3D模型的區(qū)域角度為26.34度。</p><p>　　圖1 兩個(gè)分離區(qū)域傳熱系數(shù)的計(jì)算 圖2 制動(dòng)盤尺寸和基本維度的分析</p>&l

13、t;p>　　3.2. 制動(dòng)盤的CFD分析</p><p>　　3.2.1. 網(wǎng)格模型</p><p>　　該計(jì)算模型代表一個(gè)環(huán)繞著制動(dòng)盤部分的26.34度蛋糕片狀的區(qū)域，高度是制動(dòng)盤的4倍，長(zhǎng)度是制動(dòng)盤的3倍的半徑區(qū)域。如圖3, 模型最重要的是區(qū)域周圍的制動(dòng)盤壁，網(wǎng)格為這個(gè)地區(qū)提供良好的質(zhì)量。其余的模型大約是網(wǎng)狀的,沒(méi)有特別的規(guī)律，因?yàn)樗粚?duì)流入和流出的空氣模式可視化。</p&

14、gt;<p>　　該模型是網(wǎng)狀的，使用補(bǔ)丁方法確認(rèn)四面體網(wǎng)格，用于產(chǎn)生649272個(gè)有限元素和125091個(gè)節(jié)點(diǎn)，四面體網(wǎng)格由于其自動(dòng)生成網(wǎng)格的通用性和易用性被用于這個(gè)分析，但進(jìn)一步的研究應(yīng)該與其他網(wǎng)格類型進(jìn)行比較和提高其質(zhì)量。</p><p>　　3.2.2. 臨界條件</p><p>　　該模型適用于周期性邊界條件劃分的兩側(cè)。因?yàn)橹苿?dòng)盤是由翻沙灰口鑄鐵鑄造而成，表面粗糙度

15、為100µm，圓盤表面被均勻加熱，圓盤模型附加到絕熱軸的軸向長(zhǎng)度范圍。假設(shè)周圍的空氣是30攝氏度，上限，下限和徑向末端的相對(duì)壓力用開放的零邊界。</p><p>　　盤和軸的一系列等角速度是建模使用的旋轉(zhuǎn)的參照系。在圖3中，它作為周期性邊界條件必要的，因?yàn)榍蠼獠辉试S在旋轉(zhuǎn)的情況，只有旋轉(zhuǎn)邊界條件的情況。</p><p>　　材料屬性在空氣溫度為25攝氏度時(shí)失效于Ansys材料數(shù)據(jù)

16、圖書館，因?yàn)橹苿?dòng)盤工作條件為露天，參考?jí)毫υO(shè)置為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。建議在類似的分析(Chi，2008年)時(shí)湍流強(qiáng)度設(shè)置為一個(gè)較低的值，因?yàn)闅饬飨鄬?duì)緩慢的和湍流模型使用k -ε(ANSYS，2009年)，由于輻射也考慮在內(nèi)，輻射率為0.55，輻射分?jǐn)?shù)為1，這是用于制動(dòng)盤生產(chǎn)材料的物理性質(zhì)、等級(jí)en - grey- 250灰色鑄鐵(Galindo-Lopez和Tirovic，2008年）決定的。浮力效應(yīng)被忽視，因?yàn)楸脷庾饔玫闹苿?dòng)盤幾乎完全依賴

17、于制動(dòng)盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(Galindo-Lopez和Tirovic，2008年)。</p><p>　　表1 制動(dòng)盤溫度傳熱系數(shù)計(jì)算(攝氏度)</p><p>　　采用有限元軟件Ansys求解,CFX計(jì)算傳熱系數(shù)在邊界條件下使用以下公式: </p><p><b>　　（1）</b></p><p>　　是一個(gè)指定的傳熱系數(shù)

18、，問(wèn)是在墻上的熱通量邊界；</p><p>　　是指定的邊界溫度(即外流體域)；</p><p>　　內(nèi)部靠近壁面邊界元中心節(jié)點(diǎn)的溫度.</p><p>　　為使結(jié)果普遍應(yīng)用，該求解器必須設(shè)置對(duì)流傳熱系數(shù)相對(duì)于環(huán)境(常數(shù))溫度值:</p><p><b>　　(2)</b></p><p><

19、;b>　　是恒定的環(huán)境溫度。</b></p><p>　　圖3 邊界條件的CFD分析制動(dòng)盤</p><p>　　3.3. CFD分析的結(jié)果</p><p>　　結(jié)果在預(yù)置剩余目標(biāo)近似迭代結(jié)果的萬(wàn)分之十三內(nèi)，則表明網(wǎng)格和邊界條件的選擇是適當(dāng)?shù)摹?lt;/p><p>　　如圖5所示氣流線（如圖4）直接影響傳熱系數(shù)，可以注意到那里的冷

20、卻氣流速故傳熱系數(shù)高。圖4和圖5分別代表車速為100km / h的氣流和制動(dòng)盤溫度在300攝氏度的傳熱系數(shù)。 </p><p>　　如果我們更仔細(xì)地檢查圖5，我們可以注意到，外端冷卻葉片的冷卻效率比內(nèi)部冷卻效率低，這表明由于壓降過(guò)高冷卻葉片的設(shè)計(jì)尚不完善，因此提供了進(jìn)一步研究的機(jī)會(huì)。

21、 </p><p>　　3.3.1. 準(zhǔn)備的結(jié)果輸入到熱分析</p><p>　　為進(jìn)一步將計(jì)算數(shù)據(jù)應(yīng)用于這個(gè)研究，傳熱系數(shù)必須被安排成可以作為熱模擬輸入，傳熱系數(shù)必須安排在平均溫度和平均速度下。</p><p>　　圖6顯示了可以用作以下制動(dòng)盤熱值分析的輸入的傳熱系數(shù)值，這些系數(shù)提供了車速和制動(dòng)盤溫度的關(guān)系函數(shù)，在計(jì)算值之間，借助微軟Exc

22、el的幫助得到平均值。二次曲線是由于熱輻射和偏移量的曲線是在更高的車速擴(kuò)大后強(qiáng)制對(duì)流的條件下得到的。由于課程的傳熱系數(shù)非常明顯，通過(guò)定義函數(shù)曲線計(jì)算重復(fù)的數(shù)量可以大幅降低。但是應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步的研究來(lái)確定該方法的準(zhǔn)確性。</p><p>　　4. 制動(dòng)盤的熱計(jì)算</p><p>　　4.1. 測(cè)試過(guò)程描述</p><p>　　在接下來(lái)的熱分析中，利用有限元模擬軟件Ab

23、aqus(達(dá)索系統(tǒng)，2008年)模擬AMS制動(dòng)試驗(yàn)(實(shí)體，2005年)。</p><p>　　這個(gè)程序被選中，是因?yàn)閹缀醣凰械臍W洲汽車制造商廣泛使用。必須指出，本文提出每一個(gè)順序制動(dòng)試驗(yàn)將是適當(dāng)類型的分析。</p><p>　　AMS程序最初由汽車運(yùn)動(dòng)雜志比較汽車制動(dòng)性能(實(shí)體，2005年)的標(biāo)準(zhǔn)的制動(dòng)評(píng)價(jià)測(cè)試。它由十個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，每個(gè)環(huán)節(jié)包括從100km / h的制動(dòng)減速度和冷卻，然

24、后汽車加速回到100km / h，整個(gè)計(jì)算是10個(gè)基本環(huán)節(jié)的計(jì)算。因?yàn)槠嚰铀?，車速作為一個(gè)新的變量必須在數(shù)值模擬引入“FV1”，它正在改變整個(gè)分析，因?yàn)槔鋮s強(qiáng)度依賴于周圍的氣流相對(duì)于車的速度，這種依賴表現(xiàn)為膜系數(shù)依賴于FV1。熱分析的輸出是溫度在不同的時(shí)間間隔內(nèi)分布的。</p><p>　　圖4 通過(guò)通風(fēng)制動(dòng)盤的冷卻氣流線 圖5 氣流通過(guò)制動(dòng)盤時(shí)的傳熱系數(shù)</p><p>　　

25、FV1的過(guò)程如圖7，基本環(huán)節(jié)始于FV1 = 100 km / h，然后線性下降到0km / h的制動(dòng)階段(t = 2.8 s)，此時(shí)表明加速階段的開始，F(xiàn)V1在15.9秒內(nèi)再次上升到100km / h，總時(shí)間僅18.7秒，總AMS過(guò)程時(shí)間是187.8秒。</p><p>　　4.2. 載荷和邊界條件的確定</p><p>　　制動(dòng)盤是對(duì)稱的，所以只需對(duì)26.34度扇形區(qū)進(jìn)行建模。在Cimo

26、s材料實(shí)驗(yàn)室與溫度有關(guān)的材料數(shù)據(jù)是確定的層流灰口EN-GJL-250。如表2所示在20攝氏度時(shí)的一些基本物理性質(zhì)。</p><p>　　對(duì)產(chǎn)品規(guī)格和盡可能不失真的網(wǎng)格于極大的關(guān)注，因此，所有的小切片都刪除,取而代之的是更重要的斜面，這個(gè)網(wǎng)是由3個(gè)獨(dú)立的約束部分(中心圓盤，實(shí)體部分和葉片)組成，用于熱分析的元素類型DC3D8(線性傳熱塊)。網(wǎng)格劃分如圖8所示。</p><p>　　圖6 熱分

27、析輸入平均溫度數(shù)據(jù) </p><p>　　圖7 自動(dòng)對(duì)盤及成交系統(tǒng)測(cè)試- FV1、實(shí)驗(yàn)時(shí)間</p><p>　　圖8 制動(dòng)盤網(wǎng)格的劃分</p><p>　　建模表面由于熱對(duì)流和熱輻射進(jìn)行冷卻，膜層散熱系數(shù)被定義為屬性表，該表中的系數(shù)取決于溫度和車速，如我們?cè)谇耙徽掠懻摰摹?</p><p>　　制動(dòng)片分為兩個(gè)區(qū)域:冷卻葉片和其余的部分。

28、“虛擬”薄膜的屬性適于冷卻葉片和圓盤的剩下部分的內(nèi)表面的屬性。周圍空氣溫度(水槽溫度)定為30攝氏度，AMS標(biāo)準(zhǔn)（ESSE，2005年）中所定的，制動(dòng)片初始溫度為100攝氏度。對(duì)模型的對(duì)稱區(qū)域來(lái)說(shuō)模型的側(cè)部區(qū)域是隔熱的。每次制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)片表面的適合熱流密度的初始值為2.7，當(dāng)停車時(shí)線性下降到零，制動(dòng)片徑向熱通量被預(yù)測(cè)為常數(shù)。制動(dòng)盤的討論中圖9繪制曲面代表了制動(dòng)盤和制動(dòng)襯塊之間的實(shí)際接觸。制動(dòng)片的外直徑比制動(dòng)盤的外徑小0.5毫米，內(nèi)直徑比

29、制動(dòng)盤的大12mm(不包括冷環(huán)節(jié)）。制動(dòng)盤兩側(cè)的制動(dòng)墊尺寸相同。</p><p>　　為簡(jiǎn)化分析徑向熱通量看成是常量，此外，出于同樣的原因，制動(dòng)盤的旋轉(zhuǎn)和熱通量都沒(méi)有計(jì)算在內(nèi)，所以是靜態(tài)分析。</p><p>　　由于汽車制動(dòng)，作用于制動(dòng)盤表面熱通量可通過(guò)基本的汽車數(shù)據(jù)計(jì)算，這些數(shù)據(jù)就是合理的前后制動(dòng)分配，即被制動(dòng)盤和基制動(dòng)盤尺寸體所吸收的熱量份額，如圖2所示。</p>&

30、lt;p>　　熱通量計(jì)算使用方程3:</p><p><b>　　（3）</b></p><p>　　是每個(gè)前盤制動(dòng)功率，是制動(dòng)停頓時(shí)間，是制動(dòng)鉗接觸制動(dòng)盤整個(gè)摩擦路徑的摩擦環(huán)面積。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　制動(dòng)功率計(jì)算公式中是汽車總質(zhì)量，a是減速度，是

31、路況制動(dòng)分配系數(shù)，是制動(dòng)過(guò)程的初始速度，是制動(dòng)盤熱吸收效率。</p><p>　　因?yàn)槲覀冎乐苿?dòng)襯墊幾何尺寸,很容易計(jì)算摩擦環(huán)的面積:</p><p>　?。?） </p><p>　　這里表示摩擦環(huán)的外徑，代表摩擦環(huán)的內(nèi)徑。</p><p>　　開始制動(dòng)熱通量最大，然后線性下降為0，當(dāng)汽車再次制動(dòng)另一個(gè)循環(huán)重

32、復(fù)。</p><p><b>　　5. 分析結(jié)果</b></p><p>　　課程提出的制動(dòng)盤溫度點(diǎn)選擇如10所示。</p><p>　　5.1. 不考慮冷卻對(duì)結(jié)果的分析</p><p>　　首先不考慮冷卻的影響進(jìn)行分析，這意味著所有進(jìn)入制動(dòng)盤的能量滯留在制動(dòng)盤，結(jié)果制動(dòng)盤溫度不斷上升，如圖11所示。在溫度點(diǎn)處有一個(gè)典型

33、的過(guò)程低于制動(dòng)片的溫度。當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)溫度上升，然后傳導(dǎo)給制動(dòng)盤的其他部分使溫度下降，遠(yuǎn)離摩擦環(huán)的點(diǎn)不遵循這一規(guī)律，溫度是連續(xù)上升的。制動(dòng)盤最大推薦溫度為825攝氏度，最大操作溫度高于700攝氏度。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，出現(xiàn)制動(dòng)過(guò)度和材料結(jié)構(gòu)開始改變，這個(gè)分析得出的結(jié)論是，制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)是不恰當(dāng)?shù)摹?lt;/p><p>　　圖9 制動(dòng)片表面載荷 圖10 溫度點(diǎn)的劃分</p>

34、<p>　　5.2. 考慮冷卻分析的結(jié)果</p><p>　　第二個(gè)分析和第一個(gè)完全相同，但考慮冷卻,前面氣流分析依賴表面條件與獲得的溫度和速度值。如果我們檢查圖12，很明顯，最大溫度低于在前面分析的(圖11)最大溫度。在更高的制動(dòng)盤溫度，冷卻變得更加強(qiáng)烈，制動(dòng)階段溫度下降的更多。溫度的分析與前面的過(guò)程不是線性的，但由于冷卻它的形狀變成曲線。若重復(fù)進(jìn)行25次制動(dòng)，制動(dòng)過(guò)程(Cimos Develop

35、lent集團(tuán)，2009年)制動(dòng)溫度最終穩(wěn)定在某一值，制動(dòng)盤最大溫度為610攝氏度，低于700攝氏度的邊界值，因此，制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)符合要求。后來(lái)發(fā)現(xiàn)相同的制動(dòng)盤在物理汽車測(cè)試時(shí)最大的溫度略低于600攝氏度(Cimos Developlent集團(tuán)，2009年)，這個(gè)結(jié)果證明了這種數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性。</p><p>　　圖11 不考慮冷卻的溫度數(shù)值模擬圖 圖12 考慮冷卻的溫度數(shù)值模擬圖</p&

36、gt;<p><b>　　6. 結(jié)果討論</b></p><p>　　AMS過(guò)程是一個(gè)極端的制動(dòng)試驗(yàn)。安裝在客車上的制動(dòng)器使用過(guò)程中幾乎從來(lái)沒(méi)有遇到過(guò)這種極端制動(dòng)和溫度。在AMS汽車測(cè)試中制動(dòng)盤通常處于被破壞，破裂和過(guò)熱的狀態(tài)，制動(dòng)過(guò)遲很難達(dá)到于AMS測(cè)試獲得的溫度。因?yàn)樵谙鄬?duì)較短的時(shí)間熱量進(jìn)入到幾微米下的表面，導(dǎo)致在溫度點(diǎn)處的溫度很快低于制動(dòng)襯墊處的危險(xiǎn)溫度。然而,如圖13所

37、示微裂隙是圓盤表面局部過(guò)熱的結(jié)果，這個(gè)圖顯示了實(shí)際制動(dòng)盤損壞后AMS測(cè)試所測(cè)功。這顯然是觀察到制動(dòng)盤的徑向的裂紋，因?yàn)槔鋮s葉片導(dǎo)向方向相同，冷卻葉片所占區(qū)域比非冷卻葉片區(qū)域有更好的熱傳導(dǎo)，這是因?yàn)闃O端載荷和摩擦形式導(dǎo)致溫度的差異。</p><p>　　在制動(dòng)操作的高負(fù)載外加高應(yīng)力下(Yildiz和Duzgun，2010年)，兩者的結(jié)合可能導(dǎo)致制動(dòng)盤故障，摩擦表面形成的微裂隙低于制動(dòng)片在最高溫度下形成的微裂隙。因此

38、，有必要制造達(dá)到溫度盡可能低的制動(dòng)盤。</p><p>　　圖13 制動(dòng)盤表面的裂紋 圖14 實(shí)驗(yàn)溫度測(cè)量位置</p><p>　　在Cimos制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室鏈接3900全噪音和性能測(cè)功器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就可以完成固定關(guān)節(jié)定位，這個(gè)測(cè)試是模仿AMS汽車測(cè)試。圖14顯示了實(shí)際溫度測(cè)量位置，這個(gè)位置在摩擦片中間，和圖10的第六點(diǎn)一致。如圖14所示,為了獲得實(shí)際的表面溫度和

39、避免在使用嵌入式熱電偶時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力集中，實(shí)驗(yàn)期間的溫度測(cè)量是用摩擦熱電偶測(cè)量的。這個(gè)位置被選中是因?yàn)樵谥苿?dòng)時(shí)摩擦片中間部位將達(dá)到最高溫度，與中間的制動(dòng)片一樣，它也是由AMS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(實(shí)體,2005年)定義的位置。</p><p>　　為了使數(shù)值更容易處并更好與數(shù)值方法的結(jié)果作比較，只對(duì)制動(dòng)階段的開始時(shí)溫度和結(jié)束時(shí)的溫度進(jìn)行了測(cè)量分析，結(jié)果如表3所示。為了更好的可視化并與測(cè)功機(jī)測(cè)試的結(jié)果作比較，然后繪制圖形，將這些數(shù)

40、值線性連接，繪制出圖15中曲線。</p><p>　　除了實(shí)驗(yàn)值，對(duì)點(diǎn)6在考慮和不考慮冷卻的兩種數(shù)值分析中的最大溫度進(jìn)行曲線繪制，分析表明不考慮冷卻時(shí)的最高溫度比考慮冷卻時(shí)的最高溫度高幾乎三分之一，相差215攝氏度，這是個(gè)巨大的數(shù)。</p><p>　　這個(gè)分析也表明,數(shù)值預(yù)測(cè)法用于這種分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有非常好的相關(guān)性。可以從圖15中得出，所有的溫度控制在10%的誤差以內(nèi)。</p>

41、;<p>　　圖15 兩種情況下最大溫度(點(diǎn)6)的比較實(shí)驗(yàn)　　</p><p>　　根據(jù)公司內(nèi)部規(guī)章制度(Cimos Developlent集團(tuán)，2009年)，數(shù)值分析結(jié)果的精度應(yīng)該超過(guò)90%。因?yàn)槠渌兞吭谥苿?dòng)試驗(yàn)無(wú)法描述，如材料結(jié)構(gòu)、汽車空氣阻力和車輪滾動(dòng)阻力，因此我們有必要將制動(dòng)盤的冷卻效應(yīng)估計(jì)的盡可能準(zhǔn)確。</p><p><b>　　結(jié)論</b>

42、;</p><p>　　使用ANSYS CFX軟件方案在不同行駛速度和溫度下對(duì)已知尺寸的盤形傳熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，用邊界條件對(duì)熱值進(jìn)行仿真得到結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了兩個(gè)相同的熱值分析：一個(gè)不考慮冷卻，另一個(gè)考慮冷卻，對(duì)溫度圖線比較的結(jié)果決定了適當(dāng)考慮冷卻因素的意義。</p><p>　　結(jié)果表明，考慮適當(dāng)?shù)睦鋮s因素對(duì)汽車制動(dòng)盤測(cè)試溫度的準(zhǔn)確計(jì)算是必要的。不考慮冷卻時(shí)制動(dòng)盤模擬的最大溫度達(dá)到825

43、攝氏度，超過(guò)了制動(dòng)盤推薦的操作溫度700攝氏度(Cimos Developlent集團(tuán)，2009年)；考慮冷卻時(shí)制動(dòng)盤模擬最大溫度達(dá)到610攝氏度，并行分析得到小于215攝氏度的值。如表3所示，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真考慮冷卻是更精確的，其中排第十的最大溫度達(dá)到593攝氏度(Cimos Developlent集團(tuán)，2009年)。</p><p>　　為確保熱值模擬誤差低于汽車測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果所要求的10%，有必要準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)制

44、動(dòng)盤的傳熱系數(shù)。</p><p>　　冷卻葉片的類型對(duì)于制動(dòng)盤有什么影響，應(yīng)該進(jìn)一步的研究確定傳熱系數(shù)。</p><p><b>　　表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]. ANSYS (2009). ANSYS CFX, Releas

45、e 12.0. User's Guide. Solver Theory Guide – Modeling Flow Near Wall – GGI and MFR Theory.</p><p>　　[2].Chi, Z. (2008). Thermal Performance Analysis and Geometrical Optimization of Automotive Rake

46、Rotors.M.S. Thesis. University of Ontario Institute of Technology.</p><p>　　[3].Cimos Developlent Group (2009). Brake and Suspension. Brake Disc Manual Cimos Internal Brake Disc Development Manual. Cimos

47、 d.d. Automotive Industry, Maribor. Slovenia.</p><p>　　[4].Dassault Systemes (2008). Software Package ABAQUS CAE 6.9. User’s Guide. </p><p>　　[5].ESSE (2005). AMS (Auto-Motor-Sport) Brake Test

48、 . Corporate Engineering Test Procedure . CETP:-06.00-R-408 200510. Engineering Standards & Systems Engineering.</p><p>　　[6]. Galindo-Lopez, C. H. and Tirovic, M. (2008). Understanding and improving th

49、e convective cooling of brake disc with radial vanes. Proc. Institution of Mechanical Engineers, Part D : J. Automobile Engineering 222, 7 , 1211 ?1229.</p><p>　　[7].Gotowicki, P. F., Nigrelli, V., Mariotti

50、, G. V., Aleksadric, D. and Duboka, C. (2005). Numerical and experimental analysis of a pegs-wing ventilated discs brake rotor, with pads and cylinders. Beograd 2005 EAEC European Automotive Cong., JUMV, Paper EAEC05YU-

51、AS04.</p><p>　　[8].Limpert, R. (1975). The thermal performance of automotive disc brakes. SAE Paper No. 750873.</p><p>　　[9].Palmer, E., Mishra, R. and Fieldhouse, J. (2009). An optimization s

52、tudy of a multiple row pin vented brake disc to promote brake cooling using computational fluid dynamics. Proc. Institution of Mechanical Engineers, Part D: J. Automobile Engineering , 222, 865 ?875.</p><p>

53、;　　[10].Reibenschuh, M. and Oder, G. (2009). Modeling and analysis of thermal and stress loads in train disc brakes –braking from 250km/h to standstill.</p><p>　　[11]. Strojni?ki Vestnik –J. Mechanical Eng

54、ineering 55 , 7-8, 494 ?502.</p><p>　　[12]. Yildiz, Y. and Duzgun, M. (2010). Stress analysis of ventilated brake disc using the finite element method. Int. J. Automotive Technology 11 , 1, 133 ?138.</p