【摘 要】
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制动系统故障约占交通事故的45%,而良好的制动性能对制动系统的影响举足轻重。过高温度引起的热衰退、交变热应力冲击导致的热疲劳破坏和过度磨损造成的机械失效等是影响制动系统制动性能的关键因素,论文以车用盘式制动器为对象,研究一般制动与紧急制动工况下制动器的温度场、应力场、接触状态及磨损特性等,为提升车用制动器制动性能提供科学支撑。论文主要研究内容如下:（1）在温度-应力耦合仿真有限元模型基础上,基于A
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（编号:52075438）“高性能舰船主动力活塞-缸套系统的精密加工和高效低摩润滑研究”； 陕西省重点研发计划项目（编号:2020GY-106）“高性能先进舰船活塞组件-缸套系统的精密加工及服役性能评估研究”； 机械制造系统工程国家重点实验室开放课题（编号:sklms2020010）“高性能舰船活塞-缸套系统的
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制动系统故障约占交通事故的45%,而良好的制动性能对制动系统的影响举足轻重。过高温度引起的热衰退、交变热应力冲击导致的热疲劳破坏和过度磨损造成的机械失效等是影响制动系统制动性能的关键因素,论文以车用盘式制动器为对象,研究一般制动与紧急制动工况下制动器的温度场、应力场、接触状态及磨损特性等,为提升车用制动器制动性能提供科学支撑。论文主要研究内容如下:（1）在温度-应力耦合仿真有限元模型基础上,基于Archard摩擦磨损理论,使用Umeshmotion子程序和ALE技术建立车用盘式碳陶制动器温度-应力-磨损耦合制动仿真模型,并计算了制动模型的部分边界条件。通过对制动过程的仿真分析,结果表明,磨损因素对制动过程中温度值大小贡献很小,但在磨损导致几何变形的影响下,在制动中后期阶段接触面内的接触应力和温度场的分布更趋均匀使得制动模型等效应力、接触应力减小;（2）通过对盘式制动器进行一般制动与紧急制动工况下的温度-应力-磨损耦合制动仿真,结果表明受摩擦生热移动热源的影响,温度场、应力场在径向与周向分布不均,呈现明显的带状分布特性,具有从摩擦入口区向出口区移动的明显特征;温度、应力曲线在整个制动过程中发生锯齿波动,随制动的进行,当输入热流强度逐渐减小时,温度、应力曲线的锯齿形波动频率随制动时间的延长逐渐由快变慢;（3）制动盘与摩擦衬片接触面积受制动载荷与温度的影响,当作用在摩擦衬片上的均布载荷不足以制约因温度引起的热弹性变形时,接触面积呈阶梯式下降;磨损主要集中在制动盘与摩擦衬片的中间带状区,且制动盘周向磨损较径向分布均匀,受接触应力的影响,摩擦衬片进口区磨损量较出口区大,磨损量随时间变化呈非线性关系,随制动进行磨损速率逐渐变小;（4）基于几何相似、时间相似、动力学相似和运动学相似理论,遵循接触弧长百分比相同的原则,建立碳陶制动盘摩擦衬片原始制动模型的缩比模型,通过一般制动工况下的制动仿真,结果表明,当摩擦面积缩比系数为1/4时,通过对有效摩擦半径的改进,缩比前后制动模型具有更高的相似度;（5）通过在碳陶制动盘表面进行主动织构,研究了制动盘表面织构对制动副耐磨性能和制动器制动特性的影响。基于正交试验设计法,以凹坑织构直径（2 mm,3 mm,4 mm）和径向间距（3 mm,4 mm,5 mm）为因素,设计了两因素三水平的织构几何参数对制动特性和耐磨性能影响的研究方案,结果表明:本文研究范围内凹坑织构可明显降低温度场、应力场大小,改善温度场、应力场分布均匀性,并以此提高制动盘-摩擦衬片的耐磨性能,但不同凹坑直径和间距对制动器制动特性和耐磨性能的影响具有一定差异。
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