论文稿1:基于力学仿真的鼓式制动器有限元分析与PDM平台实现(5月20日)—杨颖宇_第1页
论文稿1:基于力学仿真的鼓式制动器有限元分析与PDM平台实现(5月20日)—杨颖宇_第2页
论文稿1:基于力学仿真的鼓式制动器有限元分析与PDM平台实现(5月20日)—杨颖宇_第3页
论文稿1:基于力学仿真的鼓式制动器有限元分析与PDM平台实现(5月20日)—杨颖宇_第4页
全文预览已结束

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

基于动力学建模的鼓式制动器有限元分析与系统仿真实现*杨颖宇 北京理工大学 应用力学系 北京 100081摘 要:对鼓式制动器振动与噪声的研究进行了概述。探讨了通过使用大型有限元分析软件ANSYS对鼓式制动器进行仿真、模态分析。并将有限元知识结合具体工程实际问题制动器的振动与噪声,实现对尺寸,材料的参数化控制。结合力学,汽车等多个学科对鼓式制动器系统进行模拟彷真。关键词:鼓式制动器;噪声;专家系统; The Finite Element Analyses of Drum Brake Basing on Mechanical Simulation and The Achieving Plat about PDM *Li yong Yang Yingyu Song jian( Dept of mechanics , Beijing institute of technology , Beijing 100081)Abstract : the studies on drum brake vibration and noise was summarized .the article probe into simulation and modal analyses for drum brake ,making use of the large code about the finite element -ANSYS. We set the expert system with combining the finite element knowledge and PDM,dominate size and the parameter of material . To combine the mechanics, automobile, robotization several courses to simulate the drum brake.Key words: drum brake ; noise ; expert system ;1 引 言随着环境污染的日益严重,汽车污染已经引起世界各个国家的高度重视,我国也加大了对汽车污染的控制,其中包括噪声污染。鼓式制动器通过刹车时的摩擦引起系统耦合的自激振动从而产生噪声。但由于其在制动系统中高制动功率以及性能的可靠性等优点依然被广泛用于汽车业。故消除或降低鼓式制动器的噪声已成为汽车行业的紧迫课题。同时在信息化时代,资源的利用率最优化与协作也是当前的热门课题。将传统的有限元知识与PDM系统相结合也就成为了当前研究的一种趋势。2 基于模态分析的鼓式制动器的振动与噪声1) 鼓式制动器的力学仿真与三维建模分别对鼓式制动器中的制动鼓,制动蹄,制动底板进行三维有限元建模。定义单元类型为solid 45。采用8节点,线形材料模式。如图1所示为制动鼓三维有限元模型。图1 制动鼓三维有限元模型2) 鼓式制动器的有限元计算制动噪声按照频率划分,通常情况下500HZ以下的称为发啃,500HZ以上的称为尖叫。由于系统中的非线性因素(非线性负阻尼效应)以及复模态与摩擦力的相互作用,引起鼓式制动器在制动时的振动噪声。当摩擦系数足够大时,动力学方程特征根的实部大于零,这表明系统的振动有无限增大的趋势。于是采用大型计算软件ANSYS对制动器三个子结构分别进行模态分析,采用计算稳定适合于较好的实体模型的子空间计算方法,由于其内部使用广义Jacobi迭代算法,采用完整的刚度和质量矩阵,因此精度较高。通过计算得到前20阶鼓式制动器各子结构的的固有频率。如表1所示。表1 鼓式制动器各子结构前20阶固有频率SET制动蹄制动底板制动鼓1806.69198.961168.122217.3200.751190.132607.2223.131199.543402.5260.941215.253528.2271.881426.264098.5513.332005.874472.1522.002013.084749.1890.603242.095039.8898.853252.3105272.01096.23272.4115300.51163.63328.2125977.01172.23342.9136134.91370.44091.5146383.61374.34109.3156826.91376.74374.6167088.11415.84778.8177373.91421.84793.4187491.91746.35466.8197794.91927.65473.7208388.51936.36047.93). 鼓式制动器子结构等效应力图与相对位移图通过对参数的优化,部分结构的简化,采用CATIA对鼓式制动器进行建模仿真,调入ANSYS进行模态分析可以得到鼓式制动器子结构的模态振型动画、相对位移图和等效应力图。制动钳的等效应力图和制动底板的相对位移图分别如图2、图3所示。图2 制动钳的等效应力图(a、b、c、d分别为制动钳第4、 6、10、19阶的等效应力图)图3 制动底板的相对位移图(a、b、c、d分别为制动底板第 1,4、 6、19阶的相对位移图)3基于力学仿真的参数化设计与PDM实现。1)鼓式制动器参数化设计据查新发现,国内外针对鼓式制动器的振动与噪声问题尚没有统一的解决方法,均是通过对某一车型的具体情况进行试验分析、有限元分析与半解析分析的方法用以分析制动鼓的固有模态及其稳定性,判断制动器是否发生振动噪声。本文以基于模态分析为基础,使用尺寸及材料的参数化设置,针对某种车型的鼓式制动器建立专家系统。本文采用ANSYS软件,利用其APDL语言实现鼓式制动器模型的参数化编程。/BATCH*SET,r1,153.5 !定义参数化变量*SET,r2,74.9*SET,r3,48.81*SET,r4,132.78*SET,E1,2.0e4*SET,u1,0.28/PREP7ET,1,SOLID45 ! 指定单元类型MPTEMP, !指定材料属性MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,E1 !弹性模量MPDATA,PRXY,1,u1 !泊松比通过改变r1,r2,r3,等参数值,可以实现对鼓式制动器三维有限元模型的参数化控制。并通过建立专家系统,实现参数化建模分析。2) 汽车制动系统产品创新设计平台的建立该专家系统是基于底层JAVA、JSP技术跨操作系统与主流CAD、CAE软件实现双向集成,提供了较准确的仿真设计性能分析参数优化流程。并可在Windows与Linux(Unix)操作系统中运行自如。该平台提供3种仿真设计方案:输入鼓式制动器各子结构仿真参数,由管理系统直接生成仿真模型,同时系统将参数自动写入参数库;调用管理系统内部已有参数,协同组合,由管理系统生成仿真模型;通过与主流CAD软件:CATIA、UG、PRO/E等软件的双向集成,调用模型,并在管理系统中由用户半自动标定尺寸,写入参数库。如图4所示即为通过CATIA导入的鼓式制动器制动底板仿真图。图4 对制动底板仿真设计的调用参数的设置可以大大提高振动噪声的分析优化效率,节约大量人力、物力,显著缩短产品开发周期。在此创新平台的使用过程中,人机交互界面是用户与整个系统最直接的对话。也是用户将具体参数赋予系统用以仿真、分析、优化的操作界面,本平台提供了基于WEB方式的工作界面,如图5所示。图5 鼓式制动器振动噪声参数设计及分析优化管理系统人机交互界面3) 鼓式制动器振动噪声的判断准则通过对材料属性和结构尺寸的控制可以改变制动器模型的输出。以有限元理论为指导,针对某车型的鼓式制动器的不同属性情况需制定一个共同的振动噪声分析准则。实现噪声判断优化设计流程化。如图6所示。图6 振动噪声分析准则4结论:本文通过对鼓式制动器系统子结构进行三维有限元模态分析,并基于参数化设计的基础上进行结构优化,以期达到振动噪声的控制。同时为了满足信息化时代创新的时效性要求,建立了如前所述的PDM创新设计软件平台,大大提供了产品创新设计的效率、缩短了产品开发周期。参考文献:1 Sinclarir.D. “Friction Vibrations” Journal of applied Mechanics June 19552 R.T.Spur. Brake squeal. I mech E 1971(c95/71), pp. 13-153 Papinniemi A, Lai J C S, etc. Brake Squeal: a literature reviewJ. Applied Acoustics, 2002, 63:391-400. 4 蒋伟康

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论