开题报告模板11092018

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1、 开题报告题目名称汽车盘式制动器的建模与仿真题目来源A题目类型2导师姓名陈克学生姓名尚阳班级学号0802020314专 业车辆工程具体内容（课题背景和意义、国内外研究现状、课题主要内容、课题研究方案、日程安排、参考文献）研究背景: 当前我国经济呈现一种飞速发展的态势，汽车工业的蓬勃发展业已成为推动我国经济的最强一股力量。车辆的安全性能在车辆的设计和制造中扮演着越来越重要的角色,直接关系着车辆的安全性能的制动系统的研究价值十分重大.随着车流密度的日益增大,交通事故也不断增加.据有关资料介绍,在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中,因制动系统故障导致事故占其中的45%,而在紧急制动过程中,由于制动

2、距离过长和制动侧滑等原因常常造成致命交通事故,这说明制动器在保证机械设备安全中的重要地位,车辆制动系统是根据车辆的行驶要求,把握车辆开启停顿、控制车辆运行速度、应变行驶突发事故、维护车辆行驶安全的一个系统,其质量合格、性能优良是车辆安全性的重要保障.因此所有新开发的或者改装的车辆都要进行制动性能试验.改善车辆的制动性能,提高制动器的设计和制造水平具有非常重要的现实意义,并且越来越成为汽车研究领域的一个重要课题. 车辆制动技术的发展始终都是以满足制动系统的基本功能及安全性能要求为核心,以低成本、高重复利用率的新型开发模式为发展目标的,对制动器及其相关性能进行分析研究也就显得尤为重要.传统的设计方

3、法需要大量的试验以及反复修改,因而在产品各种建模理论及方法对制动系统的性能进行分析的新型开发模式受到越来越多的关注. 制动系统的动态特性是对系统进行综合分析的前提,而实际过程中往往由于经济、安全等各方面的原因而无法给出动态特性,因而难以完成对系统进行评价的过程.系统仿真可以很好地解决此类问题,其通过一定的数学物理及实体模型,对系统的运动等各种特性进行仿真预测,从而得出被仿真系统的仿真输出参数和基本特性,以此来推断和估计实际系统的真实和真实性能.研究意义:制动器是车辆制动系统中最重要的安全部件,制动系统能否正常工作,是整个制动系统正常工作的关键.因此,对制动器的制动性能进行深入分析、研究与评价,

4、以此判断其是否满足设计要求具有十分重要的意义.随着计算机技术的发展,应用计算机建立制动器的CAD模型并进行力学仿真分析已成为一种快速而准确的优化设计方式,这不仅降低了研究费用,节省了人力物力,缩短了研发周期,而且能达到使制动器结构参数和性能参数优化的目的,所以对制动器的建模与仿真研究已成为车辆制动性能理论研究与样车性能测试的重要手段.各种CAD/CAE/CAM分析软件的应用,使得模型的建立更加准确、直观,也更能反映出产品的实际情况,日益完善的算法也更能保证计算结果的可信度.因此综合分析影响制动性能的因素,提高制动器的制动性能,为制动器的设计改进提供理论依据具有非常重要的工程意义.国内外研究现状

5、: 国外对制动器进行结构仿真分析的文献还比较多,但多集中在热应力分析,制动噪声分析、振动模态分析等方面,对结构强度分析、参数化有限元方面的分析还不是很多.另外,制动器设计还涉及到非线性问题,而国外学者对非线性理论研究较多,非线性有限元理论的应用也较为广泛. 在接触力学研究方面，德国Stuttgart大学和Erlangen大学组成的接触动力学研究组在数值计算、理论分析和实验研究中做了大量的工作。曾在研究组中工作的 Peter Eberhard教授和胡斌博士长期进行德国研究基金会资助项目“连续体力学中的多场问题”SFB404的研究工作，并提出接触动力学的计算方法:对于低频的刚体运动，可用多刚体动力

6、学方法;对于高频波动现象，最有效的方法是有限元法。该方法以被成功的用于解决减少汽车刹车噪声这一重大项目【1】。在非线性理论不断发展成熟的同时，越来越多的工程师在仿真过程之中考虑非线性因素的影响。不少学者利用上述原理对制动盘的热问题，噪声问题，变形问题等进行了大量的研究。在非线性有限元软件方面，1969年，PedroMareal成立了自己的公司，使第一个非线性商业有限元程序MARC进入市场。同期， JohnSwanson也将他的非线性程序ANSYS推入市场，ANSYS主要关注的非线性材料而非求解完全的非线性问题。1972年，Hibbitt与人合作建立HKS公司，使ABAQUS商业软件进入市场。A

7、BAQUS能够引导研究人员增加用户单元和材料模型，尤其是其拥有强大的非线性分析能力和广泛而先进的模拟能力。ABAQUS求解模块主要包括隐式求解器ABAQUS/Standard和进行显示求解的显示求解器ABAQUS/ExPlicit两种。其中隐式求解器为通用有限元程序，可以处理大部分线性和非线性问题，但其在处理复杂接触问题和材料失效问题时不易收敛，而显示求解器能够更好的解决结构内部发生复杂相互接触作用时结构的瞬间动态响应问题和材料失效时出现的收敛困难的问题，不过往往运行时间较长【2-7】。2003年，王良模等人对浮钳盘式制动器进行了有限元分析【8】，求解了它们在工作状态下的应力情况，提出了钳体和

8、支架的设计强度对材料性能的要求。后来赵韩等人利用ANSYS软件对某型浮钳盘式制动器进行了有限元分析【9】。另外，在1998年，周志勇等人在文献【10-11】中对盘式刹车制动盘进行了热应力弹性计算及分析以及盘式刹车制动盘的高温失效机理和寿命计算。1999年，刘牧众，浦维达等人对轿车制动盘进行了磨损失效分析【12】，讨论了制动盘非正常磨损及其影响因素，指出要使灰口铸铁的优良性能得以充分发挥，必须要有理想的石墨分布、形态及基体组织，并对制动盘的磨损机理进行了分析。2001年，周凡华，吴光强等人对盘式制动器进行了多次循环制动的温度计算【13】。王营，曹献坤等人对盘式制动器摩擦片的温度场进行了研究【14

9、】。2003年，张佳蓉，严瑾，殷德宏，张静江分析了制动盘早期磨损失效问题【15】，对失效的汽车制动盘进行电镜分析、化学分析、金像分析、硬度检测等，归纳出制动盘早期磨粒磨损失效的现象与变化，对进口和国产的制动盘及制动片进行对比分析，讨论了材质及摩擦副匹配对制动盘使用性能的影响。2005年，余卓平等人研究了盘式制动器的抖动问题【16】；杨莺，王刚对某机车制动盘的瞬态温度场进行了仿真【17】，讨论了边界条件和各种相关参数的确定方法;杨晓明等人对某型盘式制动器做了全性能优化设计【18】，以实际制动器的设计参数作为初始方案，采用改进的差分进化算法进行优化设计，在保持热衰退率和热恢复率性能不劣化的情况下，

10、使制动器的制动性能和经济性能得到显著提高。2007年，王登峰，王玉为等人对盘式制动器制动时产生的尖叫问题做了有限元分析与试验【19】，分析了可能产生制动尖叫的不稳定模态，分析了各零件的振动模态对产生制动尖叫不稳定模态的贡献大小，揭示出有尖叫倾向的不稳定模态是由于结构未耦合时的多阶振动模态叠加而成，分析讨论了摩擦因数、摩擦片结构及其背板阻尼对制动尖叫的影响，为控制制动尖叫提供了途径；同年，董鹏对盘式制动器及其与整车的匹配做了研究【20】，李衡等人对盘式制动器的结构场做了有限元分析【21】，黄健萌等人对盘式制动器摩擦界面接触压力的分布做了研究【22】，葛振亮等人做了盘式制动器热弹性藕合分析【23】

11、，2008年，高向前进行了盘式制动器的热强度计算分析【24】，黄健萌， 高诚辉等人进行了盘式制动器热结构藕合的数值建模与分析【25】。2009年，杜鹏，刘辉，毛英慧等人基于目前前后处理功能比较强大的有限元软件ABAQUS对ABS盘式制动器进行了动应力分析【26】，杨智勇等人进行了铝合金和锻钢制动盘摩擦面热损伤研究【27】，2010年，柴少彪，王铁等人基于ANSYS/LS一DYNA对鼓式制动器做了接触仿真分析【28】。课题主要内容：以某汽车为研究对象，建立其盘式制动器，运用CAE软件模拟分析汽车制动效能，得出汽车制动瞬间制动力、制动减速度、车轮转速的变化关系曲线。课题研究方案：（1） 总体研究方

12、案：根据现阶段国内对于盘式制动器总成的研究现状以及企业的需要，最终确定研究方案为：汽车盘式制动器总成的动力学仿真、制动热应力分析、机械应力分析、结构强度刚度分析、制动初始的振动对制动效能的影响、模拟分析汽车制动效能.得出汽车制动瞬间制动力、制动减速度、车轮转速的变化关系曲线。（2） 基于制动器总成的ADAMS的建模仿真：建立制动器总成的几何模型，根据规范要求，将运动幅按照正确的方式加到模型上，通过设定不同的制动初速度和制动盘制动力，模拟分析汽车制动效能.得出汽车制动瞬间制动力、制动减速度、车轮转速的变化关系曲线。（3） 基于制动器总成的有限元仿真分析：建立制动器总成的几何模型，根据规范要求，定

13、义材料属性、在模型上加上规定的力、力矩和温度升高率，然后对模型进行网格划分。最后进行仿真，分析数据。日程安排： 1-2周：熟悉课题，查找资料.完成开题报告。 3-6周：建立某汽车盘式制动器模型。 7-9周:研究其边界条件和加载条件，进行分析。 10-13周：对模拟结果进行分析。 14-15周：写论文，准备答辩。参考文献：1Kwangjin Lee,Barber JR.Frictionally Excited Thermoelastic Instability in Automotive Disk Brakes. ASME Journal of lridology，1993， 115：607一6

14、14.2 Choi J H，Lee l.Finite element analysis of transient ther-moelastic behaviours in disk brakes. Wear， 2004， 257：47-58.3 D.L.Hartsock and J.W.Fash, Effect of pad/caliper stiffness, pad thickness, and pad length on thermo elastic instability in disk brakes. ASME J.Tribol. 122(2000)， pp. 511-518.填表说

15、明: 题目类型: 1、工程设计； 2、应用研究； 3、理论研究； 4、其它；（选1、2、3、4）。题目来源: A、自拟课题； B、民用科研课题；C、国防科研课题；（选A、B、C）。开题报告内容使用宋体小四字号。4 J.H.Chio and I.Lee, transient thermoelastic analysis of disk brakes in frictional contact. J.Therm. Stresses 26(2003),pp. 223-244.5 Mcqueen H.J, Myshlyaev M.High Temperature Mechanical and Micr

16、o-Structural Behavior of A356/15 Vol% SiCpand A356 AlloyJ. Canadian Metallurgical Quarterly,1998,37(2):125-139.6 X.Z.Lin, Non-axisymmetric Transient temperature Field for Three-dimensional Analysis of Disc-pad Brake, Masters thesis, Fuzhuo University, Fuzhuo, 2001.7 ABAQUS/Standard Users Manual, V6.

17、3 Printed in USA, ABAQUS Inc, 2002.8 王良模，彭育辉，曾小平. 浮钳盘式制动器的有限元分析J. 南京理工大学学报，2003(06) 9 赵韩，李丽，钱立军.基于ANSYS的某型浮钳盘式后制动器有限元分析J.拖拉机与农用运输车，2009(04)10 周志勇，樊启蕴，张宏.盘式刹车制动盘热应力弹性计算及分析J.石油机械，1998(02)1l 周志勇，张宏，樊启蕴.盘式刹车制动盘的高温失效机理和寿命计算J.石油机械，1998(01)12 刘牧众, 浦维达，黄守兵.轿车制动盘磨损失效分析J.重型汽车，1999(05)13 周凡华，吴光强，沈浩，高全均，李文辉. 盘式

18、制动器15次循环制动温度计算J.汽车工程，2001(06)14 王营，曹献坤，姚安佑，李林子.盘式制动器摩擦片的温度场研究J.武汉理工大学学报，2001(07)15 张佳蓉，严瑾，殷德宏，张静江.制动盘早期磨损失效分析J.理化检验物理分册，2003(08)16 余卓平，尹东晓，张立军，宁国宝.盘式制动器抖动问题概述J.汽车工程，2005(03)17 杨莺，王刚.基于三维模型的机车制动盘瞬态温度场仿真J.计算机仿真，2005(10)18 杨晓明，邱清盈，冯培恩，潘双夏.盘式制动器的全性能优化设计J.中国机械工程，2005(07) 19 王登峰，王玉为，黄海涛，赵继业，陈晓春.盘式制动器制动尖叫的

19、有限元分析与试验J.汽车工程2007(08) 20 董鹏.盘式制动器及其与整车匹配的研究D.武汉理工大学，20072l 李衡，郭洪强，郭世永.盘式制动器的结构场有限元分析J.机械设计与制造，2007(06)22 黄健萌，高诚辉，林谢昭，唐旭尿. 盘式制动器摩擦界面接触压力分布研究J.固体力学学报，2007(03)23 葛振亮，吴永根，袁眷静.盘式制动器热弹性耦合分析J.烟台大学学报，2007(03)24 高向前.盘式刹车制动盘热强度计算分析田.石油矿场机械，2008(04)25 黄健萌，高诚辉，唐旭晨，林谢昭.盘式制动器热结构耦合的数值建模与分析J.机械工程学报，2008(02)26 杜鹏，刘

20、辉，毛英慧.基于ABAQUS的ABS盘式制动器动应力分析J.万方数据，2009(07)27 杨智勇，韩建民，李卫京，陈跃，王金华.铝合金和锻钢制动盘摩擦面热损伤研究J.铁道学报，2009(04)28 柴少彪，王铁，武志斐，赵留强 .基于ANSYS/LS-DYNA的鼓式制动器接触仿真分析J.汽车科技， 2010(02)指导教师意见指导教师(签字): 年 月 日学院意见 学院院长(签字): 年 月 日 填表说明: 题目类型: 1、工程设计； 2、应用研究； 3、理论研究； 4、其它；（选1、2、3、4）。题目来源: A、自拟课题； B、民用科研课题；C、国防科研课题；（选A、B、C）。开题报告内容使用宋体小四字号。5