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盘式制动器尖叫声有限元分析
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随着国内外文献对盘式制动器尖叫声有限元分析方法和分析方法的不断改进,人们认为盘式制动器模型的改进也应并行进行。这可以从Liles(1989)、Ripin(1995)和Lee等人(1998)的先前工作中看出,在摩擦界面处使用了许多线性弹簧元件。为了产生摩擦耦合项(非对称刚度矩阵),需要在盘/垫界面引入若干弹簧元件,从而产生复杂的特征值,即不稳定行为,其中正实部表示尖叫声发生的可能性。在众多研究者的贡献下(如袁,1996,Blaschke等,2000),在有限元软件公司的倡导下(ABAQUS,Inc.,2003),线性弹簧单元不再需要,因为摩擦耦合项现在可以直接实现到刚度矩阵中。因此,非均匀接触压力和残余应力的影响可以纳入复特征值分析(Bajer等人,2003年,Kung等人,2003年)。当前方法的另一个优点是,接触的曲面不需要匹配网格,实质上可以减少数据准备时间。相比之下,前者要求两个接触面上的节点重合,因此网格相似。 先前的一些研究假设在焊盘和阀瓣界面处完全接触(Liles,1989,Ouyang等人,2000)。其他作品(Samie and Sheridan,1990;Tirovic and Day,1991;Ghesquiere and Castel,1992;Ripin,1995;Lee et al,1998;Hohmann et al,1999;Tamari et al,2000,Ioanidis et al,2003;Abu Bakar and Ouyang,2004和Abu Bakar et al,已经表明,在盘/焊盘界面处的接触压力分布不均匀,并且在盘表面上存在部分接触。传统上,使用线性弹簧元件(Nack,2000)或非线性节点间隙元件(Samie and Sheridan,1990;Tirovic and Day,1991;Ripin,1995;Lee et al,1998,Tamari et al,2000)模拟圆盘/焊盘界面的接触。最近的接触分析(Hohmann et al,1999;Ouyang et al,2003a,Ioannidis et al,2003)不再使用此类元素,其中基于表面的元素可以提供更真实和准确的接触压力分布表示(Bajer et al,2003,Kung et al,2003)。顺便说一下,接触压力分布被认为对尖叫声的产生有很大的影响。Fieldhouse(2000)和Abu Bakar等人(2005a)的实验结果表明,不同的压力接触分布可以促进或抑制尖叫声的发生。 在开发有限元模型时,为了使模型能够正确地表示实际结构的几何和材料特性,验证它是非常重要的。一个经过验证的模型应该能够足够准确地预测尖叫声。Liles(1989)是第一个用大型有限元模型进行和阐述复特征值分析的研究者,他利用模态分析比较了盘式制动器各部件的固有频率和振型。该组件验证后来成为标准实践(Ripin,1995;Lee et al,1998;Guan and Jiang,1998;Liu and Pfeifer,2000;Kung et al,2000,Ioanidis et al,2003)。尽管可以精确表示制动部件,但通过复特征值分析得到的结果并不总是与实验尖叫声结果一致。认识到这一缺陷,Richmond等人(1996)、Dom等人(2003)、Ouyang等人(2003a)和Goto等人(2004)使用了一个系统的程序来关联和更新组件和装配级别的有限元模型。为了减小固有频率在预测结果和实验结果之间的相对误差,在调谐过程中对材料特性和弹簧刚度进行了调整。 随着对上述方法和分析的逐步改进,人们认为应该建立一个更真实的有限元模型,或者换句话说,应该对盘式制动器的建模方面进行改进。众所周知,摩擦片和摩擦材料界面之间的接触几何结构对尖叫声的产生有重要贡献(Tatter,1983;Ripin,1995;Eriksson等人,1999;Ibrahim等人,2000;Soom等人,2003;Sherif,2004;Hammerstróm&Jacobson 2006;Triches等人,2008;Fieldhouse等人,2008)。他们认为,尖叫声可以产生在特定条件下的垫地形。另一个事实是摩擦材料更容易磨损。此外,摩擦材料的表面比圆盘更不规则或波纹。发现现有的有限元模型都没有考虑摩擦材料。
 
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