鼓式制动器virtual. lab制动噪声仿真开题报告doc

毕业设计开题报告（理工类）设计题目鼓式制动器virtual. lab制动噪声仿真学生姓名学号专业一、课题的目的和要求：1.课题的目的： 随着汽车技术的发展，汽车各方面性能得到了极大改善，行驶速度的也越来越高，在汽车高速行驶过程中，往往会产生很大噪声，尤其在制动过程中，会产生高频振动噪声，影响行车安全，乘员舒适性及零部件使用寿命。因此，车辆制造商、制动部件和摩擦材料供应商面临着减少高维修费用的挑战，制动系统和车辆制造商在制动系统的设计、生产、控制、维修上耗费了大量人力和物力。因此通过对噪声产生机理进行研究，对制动器制动过程进行实验和仿真，通过预测控制等措施来抑制制动噪声，最终以达到在产品开发设计阶段进行噪声控制的目的。本设计希望针对鼓式制动系统进行建模，通过改变制动器的主要参数，在virtual. lab软件中进行分析，得出制动器主要参数变化对制动振动的影响。 本次设计目的是要求能够详细了解汽车制动噪声的原理及影响因素，重点研究鼓式制动器的主要参数变化及对制动振动的影响，应用virtual. lab软件仿真出制动器制动速度变化对制动振动的影响，为建立制动振动预测模型提供数据基础。2.课题要求：设计期间应尽快熟悉和掌握相关的应用软件及工具。对鼓式制动器模型的主要参数进行改变，在virtual. lab软件中进行振动分析，得出制动器主要参数变化对制动振动噪声的影响。二、近年来国内外研究现状：（1）制动噪声的产生机理国外方面：（1） Nishiwaki认为制动啸叫声是由于制动系统变化不定的摩擦力引发的动态不稳定性而造成的。Okamura和Nishiwaki发展了Millner的分析模型，考虑了领从蹄以及摩擦衬片与制动鼓的相互作用。9可以在不稳定的振动下确定复特征值的实部。同时发现当摩擦系数增加时，各零件独立的固有频率互相靠近产生了新的固有频率。（2）Hulten根据两维的鼓式制动器模型提出四种产生鼓式制动器啸叫的机理，即制动蹄形状、制动蹄中线与摩擦片同制动蹄内似圆弧接触间的间距、制动鼓的形状、制动鼓的中线与摩擦界面的距离。（3） ulten提出了摩擦片变形产生不稳定的数学模型。（4）A. J. Day等提出了制动鼓与摩擦片耦合的压力模型并在此基础上对500Hz制动噪声的鼓式制动器作有限元分析。R. A.对于摩擦引起啸叫的一般原理作了比较充分的研究。（5）Baba Haruhisa等对盘式制动器支架采用模态分析的方法降低制动器低频噪声。WayneV. Nack采用几何非线性方法用于盘式制动器制动盘与摩擦片的摩擦刚度矩阵，采用有限元分析方法分析，并认为动态不稳定性是由于摩擦耦合邻近模态，解耦后趋于稳定，制动啸叫消失。H. Ouyang等采用分析及数值方法描述轿车盘式制动器。T. Hamabe等证明盘式制动器有限元模型的复模态分析及试验模态分析方法同样适用鼓式制动器。国内方面：（1）蒋伟康等提出了制动鼓三维动力学模型分析制动鼓的固有模态及稳定性，在惯性台架噪声试验的基础上确认了噪声研究的重点范围为500- 1000Hz，并且根据以往汽车道路试验发现鼓式制动器的噪声在800Hz的倍频程范围内。（2）管迪华等通过建立闭环耦合的有限元模型及模态综合法研究盘式制动器啸叫。（3）陈小悦对鼓式制动器的发“啃”的试验研究发现在“啃”的酝酿至萌发的过程中，初始扰动引起的振动总是收敛的，当制动过程趋于稳态工况形成闭环耦合时，制动振动开始萌发并持续下去。总结国外于20世纪40年代就已系统地开展了制动噪声的研究，我国在这方面的研究起步较晚，直到20世纪80年代才开始有相关的研究。以往的研究基本以找出制动噪声源及其机制、建立力学模型描述制动动力学、提出对对策减少噪声和振动幅值为研究要点。学者进行了一系列试验，并结合理论分析、有限元数值计算等方法，对制动噪声问题进行了多层次、多角度的大量研究，取得了很大进步。目前被多数人认可的机制是系统自激振动理论，即制动噪声是由摩擦耦合诱发和制动器各部件的模态参数匹配不当而引起的系统不稳定现象，从而产生自激振动。也就是说，摩擦制动噪声与其摩擦材料特性及其结构的具体结构形式有关。（2）制动噪声的影响因素国内外对制动噪声的影响因素在结构参数、摩擦系数、环境因素、制动工况等方面都有研究。 国内方面：国内从 80 年代末开始进行鼓式制动器制动噪声的研究。主要研究单位有清华大学、长春汽车研究所、东风汽车公司等。主要开展的工作是探讨制动鼓的高频尖叫噪声产生的机理及影响因素，根据实验结果来描述制动噪声的特征，结合对衬片摩擦特性和机械特性的研究及制动器部件的运动分析，提出降低噪声的途径。（1）大多数研究者从自激振动的角度研究制动噪声，最初的研究很自然地从摩擦副入手，认为摩擦副的本身的特性是引起制动振动噪声的根本原因。（2）一般摩擦系数有两个特征：静摩擦系数s大于动摩擦系数d；摩擦系数在一定区间随相对滑动速度Vr的增大而减小。前者可能导致系统出现粘滑 (Stick-Slip)现象而后者则导致系统的负阻尼效应，当系统本身的阻尼不太大时，系统振动可能发散，引起振动噪声。国外方面：在 70 年代，美国学者就对汽车盘式制动器的尖叫声做了试验研究，至今仍是研究的课题之一。此后，日、法、德等国研究人员也对制动器的振动和噪声做了大量的试验和研究。这些研究表明，制动尖叫噪声是一种最常见的摩擦形式，它发生在盘式制动器的振动中。而分析尖叫噪声的随机特性一直是许多研究者所追求的目标。（1）Hang Ali Sheif在深入研究后指出，尖叫噪声的产生主要是由于制动盘的摩擦所引起的弹性支承滑块的微振动而造成的；若法向载荷增大，尖叫频率和声压级将提高；每个尖叫频率对应于一个特定的刚度值，并与载荷的相对位置有很大关系；声压级则取决于由滑动速度产生的切向摩擦力，增大系统的刚度可降低噪声声压级。（2）鼓式制动器噪声研究一般认为由于摩擦引起的振动导致了制动蹄和制动鼓的振动, 并传递给制动底板。（3）sberyr等发现制动鼓的径向振动导致制动噪声。加入阻尼减、增强制动鼓刚度及减小制动蹄刚度可达到减噪目的。（4）Gicek发现制动噪声产生时, 制动底板和制动蹄同时发生振动。（5） Suzuki等发现制动鼓的振动频率与制动噪声的频率一致, 但与制动蹄的振动频率不一致。（6）Milner证明了在定常摩擦系数下, 制动噪声仍可发生。 总结以上观点我们可以得出以的结论 制动噪声的产生因素有以下几点 1.制动器结构的影响 2.制动压力的影响 3.温度的影响 4.制动速度的影响 5.摩擦系数的影响 6.材料的影响 当然还有很多其他的因数 三、研究内容、设计方案的可行性分析和预期目标：1、研究内容：（1）本文主要研究鼓式制动器制动噪声的影响因素，通过查询资料得出对于主要影响因素及分析方法和步骤。（2）利用proe建立鼓式制动器部分结构模型。（3）利用virtual. lab对鼓式制动器模型进行仿真分析，得得出制动器主要参数变化对制动器振动噪声的影响2、技术路线：利用ProE建立考虑其装配和安装条件的鼓式制动器三维模型， 利用有限元网格划分软件，对于模型进行简化处理，并进行网格划分，检验网格质量，多次修正 在LMS Virtual.lab中导入制动器约束状态有限元模型，建立鼓式制动器振动仿真模型。改变施加力的频率方向等参数。考虑不同制动情况下，摩擦副所有力的频率和方向。改变材料属性，包含泊松比,速度，载荷，温度，阻尼比，等多种参数，考虑不同材料制动器振动噪声性能。建立摩擦系统动力学方程，计算制动情况下的制动器摩擦副所受力。计算多种工况数据，得到不同摩擦力。 在LMS Virtual.lab中分析不同材料情况下的模态，依据输入的摩擦力，计算得到制动器振动响应情况。获得制动器振动响应特征。在LMS Virtual.lab中建立边界元网格，依据振动响应获取鼓式制动器辐射噪声。依据振动响应及辐射噪声特征，对制动器进行结构优化。3、可行性分析：（1）通过对建立鼓式制动器资料查阅，初步了解了基于proe鼓式制动器模型的建立，和virtual. lab的仿真分析的应用。（2）配备了计算机，安装了proe和virtual. lab软件。（3）通过与指导教师沟通熟悉设计大体思路，对相关软件有初步认识。（4）通过与相近课题的同学讨论，对完成课题有一定的帮助。（5）后期软件操作有资深教师及同学的帮助，图书馆资源丰富。4、预期目标：（1）通过proe建立鼓式制动器部分结构模型，将模型导入virtual. lab进行仿真。（2）利用virtual. lab仿真，得出结构参数、摩擦系数、接触刚度、制动压力、制动速度、对制动振动噪声的影响，（3）鼓式制动器模型及零件的二维图纸。四、所需要的仪器设备、材料：1. 仪器设备：（1）电脑、proe软件 、virtual. lab软件（2）汽车构造、汽车设计、软件教程等参考资料2. 参考文献：1 朱斌. 汽车鼓式制动器力学特性分析D. 吉林大学, 2011.2 李善锋. 基于ANSYS的鼓式制动器及振动噪声研究D. 吉林大学, 2006.3 H.Hasselgruber.On the Calculation of Thermal Stresses in Brake Drums of Motor Vehicles During Braking to a StopJ.Automobiltechnische Zeitschrift,1954,2:47-50.4 Kennedy F.E.and Ling F.F.，A Thermal,Thermoelastic,and Wear Simulation of A High Energy Sliding Contact ProblemJ.ASME Journal of Lubrication Technology,1974,96:497-507.5 H.S.Kong,M.F.Ashby.Friction-heatingmaps and Their ApplicationJ.MRS Bull,1991,10:41-45.6 Kwangjin Lee. Frictionally Excited Thermoelastic Instability in Automotive Drum Brakes J Journal of Tribology,2000，122(4)：849-856.7Shih-Wei Kung,GregStelzer and Kelly A.Smith.A Study on Low_Frequency Drum Brake SquealC.SAE TECHNICAL PAPER SERIES.Anaheim,California： Springer:2004.8 Ji-HoonChoi,InLee.Finite Element Analysis of Transient Thermoelastic Behaviors in Disk BrakesJ.Wear，2004,257:47-58.9 Josef Voldrich.Frictionally Excited Thermoelastic Instability in DiscBrakes:Transient Problem in the Full Contact RegimeC.International Journal of Mechanical Sciences.2007,49：129-137.10 曹立波,郭正康.鼓式制动器制动尖叫的机理及其预防J.湖南大学学报,1995,20(3): 91-96.11 刘建华,张玉宝.汽车鼓式双向自增式制动器制动蹄板的强度分析J.包头钢铁学院院报，1997(9):198201.12 方明霞,冯奇,宋建培等.鼓式制动器摩擦片的有限元分析J.重型汽车,1998(4):14-17.13 吕振华,亓昌.蹄-鼓式制动器热弹性耦合有限元分析J.机械强度,2003,25(4):401-407.14 田韶鹏 基于刚柔耦合模型的鼓式制动器动力仿真及热性能分析J.武汉理工大学学报，2010,615 刘力刚,王学林.鼓式制动器的有限元分析J.专用汽车,2003,3:21-23.5、 课题分阶段进度计划：序号起止日期工 作 内 容阶段成果1第1周翻译与论文题目有关的一篇外文资料提交英文翻译资料2第2周收集和论文题目相关的各种资料提交资料总结，编写文献综述3第3、周研究设计方案、论证；填写开题