刘洲 赵文杰 徐延海
西华大学交通与汽车工程学院

【摘要】以有限元法与结构力学、热分析理论为基础，利用ANSYS对制动鼓在几种典型制动工况下进行瞬态热分析，根据制动鼓的受力情况和热分析结果对紧急制动工况下进行静态热-结构间接耦合分析。较准确地反映了制动过程中制动鼓的温度场和制动结束时应力分布于情况，为制动鼓的材料选择、尺寸设计提供了一定的理论依据。

关键词：制动鼓 热-结构耦合分析 瞬态温度 应力变化

车辆制动系热衰退是引发道路交通事故的一个比较突出的问题。车辆在下长坡持续制动或高速行驶中紧急制动时容易导致制动器的温度急剧升高，而出现制动热衰退现象。另外随着汽车工业的发展，车速越来越高，载荷越来越大，对制动器的尺寸要求越来越小，使得对制动器性能的要求也越来越高。而制动鼓是制动器的重要组成部分，作者通过有限元法对制动鼓在制动过程中的温升及应力分布进行仿真分析。

1 制动鼓有限元模型的建立

1.1 制动鼓物理模型的简化

理论研究指出，对于有机摩擦材料的衬片，在停车制动期间产生的热量约有95%被制动鼓或制动盘吸收，剩余5%的热量由摩擦片或制动衬块所吸收。物理模型简化的假设条件：制动鼓形状不规则，厚度不均匀，但是其主要的参与生热部分可以近似认为是基本呈规则的圆筒。

1.2 有限元模型的建立

采用热分析单元SOLID70对制动鼓模型进行结构离散，有限元模型的总单元数为15096个，节点数为17388个。如图1所示。

6 结论

⑴ 运用ANSYS10.0对某车型的后轮制动鼓在紧急制动、连续紧急制动、持续制动3种工况下进行了仿真分析，得到了制动鼓温度场的温度变化分布。

⑵ 采用间接耦合法对紧急制动进行了静态热-结构耦合分析，得出了制动鼓在温度场作用下应力的变化。

⑶ 对不同材料的制动鼓进行了持续制动工况下的瞬态热仿真分析。进行对比，为制动鼓的选材提供了一些依据。

⑷ 所建的有限元模型较为简单，不能十分准确地模拟制动鼓的温升过程和制动过程中受力情况，还需要更复杂的有限元模型来模拟实际情况。