風機主軸制動器摩擦副熱-力耦合有限元分析.pdf

1、分類號：密級：UDC：學號：415926612116南昌大學專業(yè)學位研究生學位論文風機主軸制動器摩擦副熱力耦合有限元分析TheThermomechanicalCouplingFiniteElementAnalysisfFrictionPairofSpindleBrakeofWindTurbine胡育勇培養(yǎng)單位（院、系）：機電工程學院指導教師姓名、職稱：劉瑩教授指導教師姓名、職稱：聶春華高級工程師專業(yè)學位種類：工程碩士專業(yè)領域名稱：儀器儀

2、表工程論文答辯日期：2014年5月30日答辯委員會主席：評閱人：2014年月日摘要I摘要風電制動器是風力發(fā)電機上重要組成部件，主軸制動器關系著整個風機的正常運轉(zhuǎn)和安全可靠。制動器的制動過程涉及到復雜的多物理場耦合問題，對制動器進行熱力耦合分析不僅能揭示制動過程的摩擦機理，而且能為發(fā)展國內(nèi)自主工業(yè)制動器品牌提供技術(shù)基礎。本文基于有限元軟件ANSYS建立了某大型風電主軸制動器三維有限元模型，結(jié)合制動器熱力耦合理論，模擬研究制動器溫度場和應力

3、場，分析了制動器溫度分布、溫度梯度、機械應力、熱應力、熱變形等問題，并對制動器顫振噪聲問題進行了模態(tài)分析。主要研究工作如下1.總結(jié)了國內(nèi)外關于制動器熱力耦合分析的研究概況，介紹了熱力耦合分析的相關理論，包括摩擦生熱理論、瞬態(tài)導熱方程的建立、耦合方法等，并對振動理論進行了簡介。2.基于ANSYS軟件建立了制動器摩擦副三維瞬態(tài)傳熱有限元模型，分析確定了相關參數(shù)和邊界條件，考慮材料參數(shù)隨溫度變化規(guī)律，采用等位移循壞加載熱流密度的方法，分別對正

4、常工況和緊急工況下制動盤和摩擦片的溫度場進行了模擬。結(jié)果表明，制動盤溫度分布非均勻，高溫主要集中于表面，摩擦區(qū)域溫度呈現(xiàn)鋸齒狀波動，從而產(chǎn)生熱沖擊，制動盤表面摩擦區(qū)域各處最高溫度大約出現(xiàn)于制動過程的35段；摩擦片溫度無波動現(xiàn)象，溫度相較制動盤高出很多，表面溫度分布較均勻，表面溫差約100℃，在其厚度方向上，溫度存在滯后現(xiàn)象，兩種工況下制動盤和摩擦片溫度分布相似，緊急工況溫度相對較高；對正常工況進行了臺架試驗，試驗結(jié)果中溫度最高值較模擬值

5、低15℃左右，基本驗證了數(shù)值模擬的正確性。3.根據(jù)制動器完整模型建立三維有限元模型，選取緊急工況研究機械應力對制動器的影響，發(fā)現(xiàn)機械應力場關于中間截面對稱分布，忽略模型的尖角應力集中和局部失真影響，制動器等效應力在30MPa以下，遠小于材料的屈服極限；運用間接耦合法，將緊急工況溫度場結(jié)果作為應力場體載荷進行求解，得到了熱應力場結(jié)果，結(jié)果顯示其與溫度結(jié)果有相似之處，均為先急劇上升，而后緩慢下降，等效應力隨制動時間增加逐漸向內(nèi)徑處和中間截面