制動(dòng)鼓課程設(shè)計(jì)報(bào)告--制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型的有限元分析-wenkub
2023-04-07 05:39:17 本頁面
【正文】 自身變形位移兩部分。7） 求解結(jié)構(gòu)平衡方程 結(jié)構(gòu)平衡方程是以總體剛度矩陣為系數(shù)的線性代數(shù)方程組，求解這個(gè)方程組可得節(jié)點(diǎn)位移。4） 計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)載荷 連續(xù)彈性體經(jīng)過離散化以后，假定力是通過節(jié)點(diǎn)從一個(gè)單元傳遞到另一個(gè)單元。 第二章 有限元理論基礎(chǔ) 線彈性體靜力學(xué)問題 線彈性靜力分析問題是有限元分析的基礎(chǔ)，主要有以下八個(gè)步驟：1） 結(jié)構(gòu)離散化 結(jié)構(gòu)離散化是有限元分析的第一步。（3） 采用三維實(shí)體單元計(jì)算制動(dòng)鼓的前十階自由模態(tài)。制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄在促動(dòng)裝置作用下向外旋轉(zhuǎn)，外表面的摩擦片壓靠到制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面上，對(duì)鼓產(chǎn)生制動(dòng)摩擦力矩。汽車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)系到汽車與乘坐人員的安全性，在汽車制動(dòng)時(shí)應(yīng)有足夠的制動(dòng)力矩，而且不應(yīng)出現(xiàn)制動(dòng)器損壞的問題。（4） 對(duì)二維制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型進(jìn)行參數(shù)化研究及目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要是把要分析的結(jié)構(gòu)劃分成有限個(gè)單元體并設(shè)置節(jié)點(diǎn)，把相鄰單元在節(jié)點(diǎn)處連接并組成單元集合體，以代替原來結(jié)構(gòu)。對(duì)于實(shí)際連續(xù)體，力是從公共邊界傳遞到另一個(gè)單元。8） 計(jì)算單元應(yīng)力 按式（）由節(jié)點(diǎn)位移求出單元的應(yīng)力。一個(gè)單元牽連在另一些單元上，其他單元發(fā)生變形時(shí)必將帶動(dòng)該單元作剛性位移。3） 單元內(nèi)位移函數(shù)必須包括常應(yīng)變項(xiàng) 每個(gè)單元的應(yīng)變狀態(tài)總可以分解為不依賴于單元內(nèi)各點(diǎn)位置的常應(yīng)變和由各點(diǎn)位置決定的變應(yīng)變。從模擬真實(shí)結(jié)構(gòu)出發(fā)，若能構(gòu)造一個(gè)單元位移函數(shù)在相鄰單元之間連續(xù)，不發(fā)生相互脫離開裂或侵入重疊，那是理想的單元位移函數(shù)。組建時(shí)，將整體坐標(biāo)系下的單元?jiǎng)偠确匠虜U(kuò)展為： （）式中：為按節(jié)點(diǎn)順序排列并擴(kuò)展為n*1階的單元e的節(jié)點(diǎn)力向量和節(jié)點(diǎn)位移向量； 為擴(kuò)展后的n*n階e單元?jiǎng)偠染仃嚕? 符號(hào)上的“一”表示在整體坐標(biāo)系下。建立二維模型的時(shí)候要正確運(yùn)用切片功能。楊氏模量為 ，泊松比為 ，密度為 。（對(duì)于二維平面問題來說，制動(dòng)鼓選擇二維軸對(duì)稱單元）用 plane183 單元（8節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱平面單元）離散后，得到 1130 個(gè)節(jié)點(diǎn)，319 個(gè)單元。其結(jié)果如下： 二維模型求解結(jié)果最大應(yīng)力（Mpa）最大應(yīng)變最小安全系數(shù)角速度60rad/sec15合力結(jié)果 有限元模型求解結(jié)果分析圖 圖 灰口鑄鐵材料有一定的強(qiáng)度，塑性和韌性很低，抗拉強(qiáng)度為200Mpa,，所以灰口鑄鐵的線收縮率和體收縮率較小，鑄件不易開裂，很適合做汽車的制動(dòng)元件。從圖中我們可以看出change(%)改變的數(shù)值很小，所以我們可以得出結(jié)果都是收斂的。從工程數(shù)據(jù)框中可以看出 ，灰鑄鐵沒有屈服極限，只有強(qiáng)度極限，故知它為脆性材料。這種外面上六面體單元，里面是四面體單元的計(jì)算結(jié)果很好。表 三維模型結(jié)果（無孔）最大應(yīng)力(Mpa)最大應(yīng)變最小安全系數(shù)角速 60rad/sec15組合力表 三維模型結(jié)果（有孔）最大應(yīng)力(Mpa)最大應(yīng)變最小安全系數(shù)組合力 有限元模型求解結(jié)果比較 有上述二維與三維數(shù)據(jù)對(duì)比可知： 二維平面模型模擬的結(jié)果和三維實(shí)體模型模擬的結(jié)果大致一樣 ，在一般情況下，用二維平面問題代替三維問題是基本可行的 。 模態(tài)分析 模態(tài)是結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。后面兩種為制動(dòng)鼓在外在條件的約束下所呈現(xiàn)出來的模態(tài)結(jié)果。將優(yōu)化后的方案應(yīng)用到原二維靜力分析中，得出下表表 參考設(shè)計(jì)點(diǎn)NameP1P2Geometry MassTotal DeformationEquivalent StressSafety FactorCurrent1510DP 1 我們得到最后優(yōu)化結(jié)果為15mm和10mm的內(nèi)徑。（2）根據(jù)載荷的特點(diǎn)和邊界條件，將實(shí)際作用于制動(dòng)鼓內(nèi)表面的摩擦力矩簡(jiǎn)化為垂直制動(dòng)鼓內(nèi)表面的壓力。（5）優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通過對(duì)輸入?yún)?shù)和回應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，得出了一個(gè)參考方案，即對(duì)制動(dòng)鼓螺栓孔尺寸的重新設(shè)計(jì)，達(dá)到了節(jié)省材料的目的。增加制動(dòng)鼓的硬度可提高其耐磨性 , 但硬度會(huì)降低制動(dòng)鼓的摩擦系數(shù), 為了兼顧二者,對(duì)制動(dòng)鼓的材料成分、組織及性能應(yīng)進(jìn)行正確設(shè)計(jì)和選定。施加在有限元模型上的載荷是否合理約束, ,可以通過液壓管路參數(shù)求得邊界條件相對(duì)復(fù)雜:對(duì)制動(dòng)蹄,約束銷孔的徑 向位移及銷孔內(nèi)端面的軸向位移 。3. 鼓式制動(dòng)器的接觸與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析運(yùn)用通用有限元分析軟件ANSYS Workbench建立了某鼓式制動(dòng)器的三維幾何及有限元模型。文獻(xiàn)：馬迅,[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院報(bào),2010(3):14.4. 基于ANSYS鼓式制動(dòng)器有限元模型的建立與分析鼓式制動(dòng)器是中重型汽車普遍采用的制動(dòng)系統(tǒng) , 是制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。但是由于制動(dòng)器在制動(dòng)過程中的形變是非線性的 ,只用經(jīng)典力學(xué)公式很難精確計(jì)算出其變化關(guān)系。制動(dòng)鼓的邊界條件相對(duì)復(fù)雜 ，制動(dòng)鼓作為鼓式制動(dòng)器中的轉(zhuǎn)動(dòng)部分和其它零件之間存在連接 ，因此 在與其它零件相接的螺栓孔圓柱面上均存在軸向和法向的位移約束 。利用有限元分析可以模擬制動(dòng)鼓在各種制動(dòng)條件下的瞬態(tài)溫度場(chǎng)，為設(shè)計(jì)階段了解制動(dòng)器的熱衰退性能提供指導(dǎo)。鼓式制動(dòng)器由于散熱性能
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