制動鼓課程設計報告--制動鼓簡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，求解這個方程組可得節(jié)點位移。4） 計算等效節(jié)點載荷 連續(xù)彈性體經(jīng)過離散化以后，假定力是通過節(jié)點從一個單元傳遞到另一個單元。 第二章 有限元理論基礎 線彈性體靜力學問題 線彈性靜力分析問題是有限元分析的基礎，主要有以下八個步驟：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） 采用三維實體單元計算制動鼓的前十階自由模態(tài)。制動時制動蹄在促動裝置作用下向外旋轉(zhuǎn)，外表面的摩擦片壓靠到制動鼓的內(nèi)圓柱面上，對鼓產(chǎn)生制動摩擦力矩。汽車制動系統(tǒng)關系到汽車與乘坐人員的安全性，在汽車制動時應有足夠的制動力矩，而且不應出現(xiàn)制動器損壞的問題。（4） 對二維制動鼓簡化模型進行參數(shù)化研究及目標驅(qū)動的優(yōu)化設計。主要是把要分析的結(jié)構(gòu)劃分成有限個單元體并設置節(jié)點，把相鄰單元在節(jié)點處連接并組成單元集合體，以代替原來結(jié)構(gòu)。對于實際連續(xù)體，力是從公共邊界傳遞到另一個單元。8） 計算單元應力 按式（）由節(jié)點位移求出單元的應力。一個單元牽連在另一些單元上，其他單元發(fā)生變形時必將帶動該單元作剛性位移。3） 單元內(nèi)位移函數(shù)必須包括常應變項 每個單元的應變狀態(tài)總可以分解為不依賴于單元內(nèi)各點位置的常應變和由各點位置決定的變應變。從模擬真實結(jié)構(gòu)出發(fā)，若能構(gòu)造一個單元位移函數(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，將整體坐標系下的單元剛度方程擴展為： （）式中：為按節(jié)點順序排列并擴展為n*1階的單元e的節(jié)點力向量和節(jié)點位移向量； 為擴展后的n*n階e單元剛度矩陣； 符號上的“一”表示在整體坐標系下。建立二維模型的時候要正確運用切片功能。楊氏模量為 ，泊松比為 ，密度為 。（對于二維平面問題來說，制動鼓選擇二維軸對稱單元）用 plane183 單元（8節(jié)點軸對稱平面單元）離散后，得到 1130 個節(jié)點，319 個單元。其結(jié)果如下： 二維模型求解結(jié)果最大應力（Mpa）最大應變最小安全系數(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度，塑性和韌性很低，抗拉強度為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算結(jié)果很好。表 三維模型結(jié)果（無孔）最大應力(Mpa)最大應變最小安全系數(shù)角速 60rad/sec15組合力表 三維模型結(jié)果（有孔）最大應力(Mpa)最大應變最小安全系數(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)對比可知： 二維平面模型模擬的結(jié)果和三維實體模型模擬的結(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)的固有振動特性，每一個模態(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)化后的方案應用到原二維靜力分析中，得出下表表 參考設計點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)載荷的特點和邊界條件，將實際作用于制動鼓內(nèi)表面的摩擦力矩簡化為垂直制動鼓內(nèi)表面的壓力。（5）優(yōu)化設計中，通過對輸入?yún)?shù)和回應參數(shù)的設置，得出了一個參考方案，即對制動鼓螺栓孔尺寸的重新設計，達到了節(jié)省材料的目的。增加制動鼓的硬度可提高其耐磨性 , 但硬度會降低制動鼓的摩擦系數(shù), 為了兼顧二者,對制動鼓的材料成分、組織及性能應進行正確設計和選定。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)求得邊界條件相對復雜:對制動蹄,約束銷孔的徑 向位移及銷孔內(nèi)端面的軸向位移 。3. 鼓式制動器的接觸與結(jié)構(gòu)強度分析運用通用有限元分析軟件ANSYS Workbench建立了某鼓式制動器的三維幾何及有限元模型。文獻：馬迅,[J].湖北汽車工業(yè)學院報,2010(3):14.4. 基于ANSYS鼓式制動器有限元模型的建立與分析鼓式制動器是中重型汽車普遍采用的制動系統(tǒng) , 是制動系統(tǒng)的關鍵部件。但是由于制動器在制動過程中的形變是非線性的 ,只用經(jīng)典力學公式很難精確計算出其變化關系。制動鼓的邊界條件相對復雜 ，制動鼓作為鼓式制動器中的轉(zhuǎn)動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鼓在各種制動條件下的瞬態(tài)溫度場，為設計階段了解制動器的熱衰退性能提供指導。鼓式制動器由于散熱性能
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