外文翻译--三维制动器瞬态温度场的紧急制动 中文版

1 中文翻译 应用热工 三维 制动器 瞬态温度场的紧急制动 为了准确掌握在葫芦的紧急制动蹄片的温度场的变化规律 ， 制动时，三维（ 3- D）的瞬态温度场的理论模型，根据热传导，能量转换和分布规律的理论，以及 矿山提升机运行的紧急情况制动。一种温度场的解析推导了采用积分变换法。此外，温度模拟实验场进行了温度场和温度梯度和内部的变化规律获得。同时，通过模拟葫芦的紧急制动条件下，实验测量制动蹄的温度，同时进行。结果发现，通过比较模拟结果与实验数据，即三维瞬态 温度场模型的制动蹄片是有效和实用，和分析解决方案解决了积分变换方法是正确的 。 1、 简介 提升机的紧急制动是一个转变过程机械能转化为对制动摩擦热能量。该矿山提升机紧急制动过程中具有以下特点高速，重载，而这种情况更糟糕的是比刹车条件的车辆，火车等 1-3,6,10,11。以前对刹车片的温度场的重点工作1-4,10,12,13。特别是，由于制动蹄是固定的过程中紧急制动，所以有更强烈的温度上升 制动器蹄片 。制动蹄片是一种复合材料，以及温度上升，从摩擦产生的热能是最重要的因素影响 制动器蹄片 摩擦磨损性能同制动安全性能 5-10。因此，有必要调 查关于 制动器蹄片 的温度场 来 调查刹车片的。 制动器蹄片 的温度场目前的理论模型基于一维或二。 Afferrante11建立了一个二维 （ 2- D）的多层模型来估计瞬态演化在多盘离合器温度扰动和在操作过程中刹车。纳吉 12建立了一维数学模型来描述一个制动热行为系统。 Yevtushenko 和 Ivanyk13推导了瞬态温度场的一轴对称热传导问题 2三维坐标。这是困难的这些模式，以反映 制动器蹄片 真实温度场的三维几何图形。 解决的方法刹车片的三维瞬态温度场集中有限元法 1-3,14-17，近似集成的方法 4,18，格林函数法 12和 Laplace 变换方法 9,13等，前三者方法是数值求解方法和低是相对的准确性。例如，有限元方法可以解决复杂热传导问题，但计算精度解决方案是比较低，这是影响网密度，步长等。虽然拉普拉斯变换解决方法是分析方法，它是难以解决的方程复杂边界的热传导。因此，所谓的解析解积分变换方 法 通过 19，因为它是解决问题的合适非均质瞬态热传导。为了掌握 制动器蹄片的温度变化规律在葫芦的紧急制动领域，提高安全可靠性制动，一个 3- D 的制动器蹄片瞬态温度场研究了在积分变换方法的 基础上，和有效性证明了数值模拟和实验研究 。 2、 理论分析 2、 1理论模式 图 1显示了葫芦的制动摩擦副示意图。为了分析制动器蹄片的三维温度场 ， 2 圆柱坐标（ r， ， z）是通过结构来描述几何如图所示。 2，其中 R 是刹车点之间的距离和制动盘的旋转轴 ； 为圆心角 ；这三者之间的制动蹄摩擦点和表面的距离。至于几何结构参数和图 2所示。它看到， .0,0,0 lzbra 显然，这是制动器蹄片的温度 T 是函数的圆柱坐标（ r， ， z）和时间（ t）。根据热理论传导，三维瞬态热传导微分方程是获得如下： tTazTTrTrrT 11122222222 （ 1） 其中 a 是热扩散， )/( ca ； 是热导率 ； 为密度 ； c 是比热容量。 2.2、 边界条件 2.2.1、 热流量及其分布系数 这是在紧急制动产生的摩擦热难要在短时间内发出，因此它几乎完全吸收刹车对。由于制动器蹄片是固定的，摩擦温度多面大幅上升，这最终会影响其摩擦学更严重的行为。为了掌握真实该制动器蹄片温度场在紧急制动时，热流量及其分布系数摩擦表面必须确定准确。根据 操作 紧急制动，条件假设制动速度光盘随时 间呈线性，热流量，得到 公式 )/1()/1(),( 0000 ttrwpkttpktrq s （ 2） 其中 q 为热摩擦表面流动 ； P 是比压之间的制动对 ； oV的 和0W是最初的线性和角速度在制动盘 ； l 是刹车副之间的摩擦系数 ； 0t是整个制动时间， k 是热分布流系数。假设摩擦热量转移到完全制动运动鞋和制动盘，分布的热流量系数根据得到的一维热传导分析。图。 3显示了联系两个半平面示意图。在一维瞬态热传导的条件，对摩擦表面（ z = 0处）的温度上升，得到 公式 （ 3） 其中 q 为 在 平面吸收一半热流。和热流量是 从 Eq 获得的 （ 4） 假设两个半飞机具有相同的温度上升，对摩擦表面，然后在热流量比进入两个半平面可表示为 其中下标 S 和 D 意味着制动器蹄片和制动盘，分别。根据 Eq。（ 5），分配系数热流根据这个公式获得进入制动器蹄片 。 3 2.2.2、 在边界系数对流换热 至于侧面和顶面制动器蹄片，得到他们的对流换热系数，分别按自然对流换热边界条件直立板和横板 图 1-制动摩擦副示意图 图 2、 三维几何模型的制动器蹄片。 图 3、 两个半 平面示意图 4 其中下标 L 和 U 代表侧面和顶部表面， h 分别为对流换热系数在边界上， DT 是之间的温差边界和环境， L 是较短维边界。 2.2.3、 初始和边界条件 制动器蹄片之间的接触和制动盘表面受到不断热流在紧急制动过程 qs 的。 制动蹄片的边界都用空气 的 自然对流。边界和初始条件可以表示为 其中是0T制动器蹄片在 t=0的初始温度。 2.3。积分变换求解方法 积分变换的方法有两个解决问题的步骤。首先，只有作出适当的积分变换空间 变量，热传导原方程可以简化由于考虑到时间与常微分方程变量 t 然后，通过采取逆变换关于解常微分方程 的解析解在关于空间和时间变量温度场可以得到的。积分变换方法应用于求解方程。 （ 1）边界条件方程。（ 8）。用积分变换有关空间变量（ r， ， z）的反过来，他们可能会偏微分方程是 消灭 “。编写公式来表示的运作采取逆变换与积分变换方面到 Z，这些被定义为 5 其中 是 的积分变化， 是 特征函数 。 提交 Eq，获得以下方程： 以同样的方式，逆变换与积分变换关于 和 r 分别定义 最后，根据上面的积分变换，方程 1）（ 8）可以简化为如下： 6 解决方案 可以获得通过解式。 (16)。以反变换关于根据 Eqs。 (九 )、 (12)和 (14),的解析 制动器 的三维瞬态温度场分布 3.仿真和实验 图 4 显示了一半的 制动器 剖面样品。线 c、 d 的中心线 ,底线的横截面上的分别。样品的尺寸是 :一个 = 137.5 mm,b = = 1 / 6 毫米 ,半 162.5 rad,l = 6 毫米。闸瓦的材料和盘式制动器是石棉和 16Mn,分别。他们的参数和条件的紧急制动见表1。 假设摩擦系数和制动衬垫比压在紧急制动过程是不变的。基于以上分析模型 ,模拟闸瓦的三维温度场进行与到 = 7.23 s 。温度的变化规律 图 4 把剖面的一半刹车蹄的样品 7 表 1 刹车副的基本参数和紧急制动条件 与内部温度梯度场进行了分析。什么是显示在无花果里都是片面的。 5 - 9 的仿真结果相符合。 什么是显示在图 5 是闸瓦的三维温度场当时间 7.23 s。它被认为是从图 5 的最高温度是 396.534 闸瓦制动 ,其 K 后最低温度和热是能量 293 欧几里得主要集中 图 5 三维温度场的刹车蹄 (t = 7.23 s) 8 图 6 温度的改变对摩擦表面与时间 t 图 7 温度的改变对线 d 用时间 t 9 图 8 温度梯度的变化与时间线 c t 图 9 温度的改变不同深度随时间的线 c t 层上的摩擦表 面的热影响层 (命名 ),既体现了热 diffusibility 闸瓦的很差。为了灵便的温度变化规律的摩擦表面 ,在紧急制动过程的摩擦表面的变化的温度与时间 t进行了模拟。什么是在图 6 中显示 ,揭示了摩擦表面的温度 ,然后增加首先减小的趋势。这是因为 ,高速度的盘式制动器是在开始的时候 ,结果造成大 heat-flow 而对流换热系数低边界上的那一刻 ,所以温度增加 ；后期的制动的 heatflow量减少的速度 ,而对流换热系数高 ,由于温差较大的差异 ,从而导致减少边界温度。无花果。6、 7,反映了温度变化规律进行了径向尺寸 :在外面的温度高于 闸瓦里面 ,并且外面的温度变化较大。 10 图 8 论证了温度梯度的变化规律的方向沿 z。最高温度梯度的摩擦层是由3.739 105 K / m 与方向会急骤下降沿 z。最低价值只是 4.597 1011 K / m。在开始的时候 ,温度梯度的热影响层是最高 ,而温度接近周围的温度。象刹车的推移 ,温度梯度渐次降低 ,直到最后。图 9 所示的是变化的温度不同深度随时间的线 c t。温度会急骤下降随着 z,、边界条件等影响有窝内部温度。温度增高但 z P0.0006米。一旦 z 是由 0.002 米 ,制动过程中温度的差别小于 3 k .这表明 ,热能集中在热影响层 ,其厚度是关于 0.002 米。 为了证明的解析模型 ,实验进行了摩擦试验机 ,如图 10。实验原理如下 :当刹车开始 ,两种制动蹄制动圆盘也要被推迟到一定压力 p 和温度点 e 在摩擦表面热电偶测量。因为试样厚度太厚 ,而且摩擦试验机的结构是有限的 ,很难固定热电偶在刹车蹄。因此 ,热电偶是固定的直接对盘式制动器是封闭 ,点 e 列图。 10。图 11显示的温度变化规律的两种情况下点在 e 的紧急制动。 从图 11,观察点 e 增加时的温度 ,在第一 ,然后减少 ,最高温度低于 ,通过仿真实验数据也落后。在图 11a,模拟温度达到最大 427.14 凯西在 3.6 s 而来的实验数据和最大 435.65 凯西在 3.8 秒。在图 11b,仿真结果达到最大 469.55 凯西在 4.5 s 而来到 479.68 实验数据 K 在 5 秒。它被认为是从图 11,通过实验测量温度低于仿真结果 ,在第一 ,然后它相反的。这是因为热电偶本身的能量吸收热量闸瓦在开始 ,然后将其释放到刹车蹄当温度下降。对比实验数据和仿真结果表明 ,仿真结果表明 ,两者吻合较好 ,误差的实验 ,他们的最高温度是 1.99% 图 10 图解的摩擦测试仪 。 11 图 11a 温度的变化规律与时刻 t 的 e 点 (p = 1.38 = 0 - 1 兆帕 ,证明米 /秒 )。 图 11b 温度的变化规律与时刻 t 的 e 点 (p = 1.5895%兆帕 ,证明 =长 1 - 2.5 米 /秒 )。 和 2.16%,分别。这表明 ,解析解的三维瞬态温度场是正确的。 4.结论 (1)的理论模型建立了三维瞬态温度场的理论根据热传导及紧急制动条件的矿山提升机。这个积分变换方法应用于解决的理论模型 ,并对温度场的解析解 ,推导出。这表明 ,积分变换方法是有效解决这一问题的三维瞬态温度场。 (2)基于解析解的理论模型 ,并采用数值分析模拟温度分布的变化规律下紧急制动状态。仿真结果表 明 :摩擦表面温度的增加降低 ；首先 ,然后在开始的温度 12 梯度的热影响层的最高 ,其次是温度增加迅速 ,正如制动过程正在进行中 ,温度梯度温度的增加呈减少趋势 ；窝 ；边界条件影响了内部温度上升 ；热能量都集中在热影响层 ,其厚度约 2 毫米。 (3) 实验数据与仿真结果吻合良好 ,误差对他们的最高温度是大约 2%,这证明了积分变换方法的正确性求解理论模型的三维瞬态温度场。解析模型能够反映出的变化规律闸瓦的三维瞬态温度场在紧急刹车。 出处 本项目是支持的重点工程 ,中国教育部 (批准号 :)资助 107054)和程序为新世纪优秀 人才 (批准号 :)资助的大学。 NCET-04-0488)。 参考 1 y .杨、江康钰周、数值模拟研究的三维热应力场与复杂边界问题 ,工程热27(3)(2007)487-489。 2 l . j .的歌 ,Z.Y.李郭的研究 ；(3)快速有限元的仿真模型 ,对车辆制动热分析系统仿真学报 ,17(12)(2005)。 2877 2869-2872。 3 邱智贤高 ,X.Z.林、瞬态温度场分析刹车在引入非完全轴对称三维模型、期刊的材料加工技术 129(1 - 3)(2002)513-517。 4 应用文献的 理发师 ,李 ,并没有变法防守的瞬态热弹性接触问题解的速度膨胀法 ,穿 265(3 胜 4 败 )(2008)402-410。 5 张亚兰 ,Z.C. 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