某型装甲车制动器热应力磨损耦合仿真分析.docx

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某型装甲车制动器热应力磨损耦合仿真分析

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摘要：为提高鼓式制动器在热应力耦合影响下磨损计算的准确性，考虑实际制动过程中温度升高对制动器性能的影响，通过增加温度与磨损率的变化关系修正传统Archard磨损模型，对某型装甲车鼓式制动器进行仿真计算。分析结果表明，在热应力有限元迭代求解过程中，采用完全耦合法持续更新制动器磨损面的几何形状可以不断地修正热应力的计算结果，因此能更真实地描述制动过程中热应力磨损的复杂耦合现象。仿真得到制动器在4种典型工况下的磨损规律，为制动器的优化设计提供依据。

关键词：鼓式制动器;热应力磨损耦合;完全耦合法;有限元

Abstract：Toimprovetheaccuracyofwearcalculationofdrumbrakeundertheinfluenceofthermalstresscoupling，theinfluenceofthetemperatureriseonbrakecapacityintheactualbrakingprocessisconsidered，andthetraditionalArchardwearmodelismodifiedbyaddingtherelationshipoftemperatureandwearrate，andthenthedrumbrakeofanarmoredvehicleissimulated.Theresultsshowthatthethermalstresscalculationresultscanbeupdatedcontinuouslywhilethefullcouplingmethodisusedtocontinuouslyupdatethegeometryofthebrakewearsurfaceintheprocessofthermalstressfiniteelementiterativesolution，anditcanmoretrulydescribethecomplexcouplingphenomenonofthermalstresswearinbrakingprocess.Thewearlawsofthebrakeunder4typicalworkingconditionsareobtainedbysimulation，whichprovidesthebasisfortheoptimaldesignofthebrake.

Keywords：drumbrake;thermalstresswearcoupling;fullcouplingmethod;finiteelement

0引言

在装甲车制动过程中，制动器负载大、工作环境严苛，因此磨损情况十分严重，对其耐磨性设计要求很高。为提高装甲车制动器的耐磨性，需要分析制动器热应力分布情况和预测磨损规律，并且研究制动器磨损的数值仿真方法，为优化制动系统和设计控制策略提供参考。

国内外诸多学者采用有限元法研究车辆制动过程中的多场耦合问题。FUAD等[1]根据鼓式制动器的二維轴对称有限元模型分析制动过程中应力场和温度场的相互作用规律。杨兆军等[2]通过非线性接触分析和瞬态热分析探讨制动鼓的应力和温度分布问题。这些研究均采用简化的模型和热边界条件，未考虑磨损的影响。根据Archard磨损理论，HEGADEKATTE等[3]和李乃斌等[4]对二维和三维滑动磨损以及制动器的磨损进行研究，但没有考虑温度的影响。目前，相关研究主要针对热应力或应力磨损两两耦合问题，而在实际制动过程中，热、应力和磨损三者之间存在复杂的耦合关系。在制动过程中，摩擦力做功生热导致接触面产生热变形，从而改变接触面形态、影响接触应力分布，导致热流密度重新分配和温度场变化。同时，制动瓦接触面的硬度和摩擦因数随温度升高发生变化。针对这一问题，张方宇等[5]和曹文翰等[6]利用顺序耦合法分析热应力磨损耦合问题。顺序耦合法计算效率高，但只考虑温度变化对磨损的单向影响，存在精度损失等问题。张方宇等[7]基于完全耦合分析方法模拟鼓式制动器的热应力磨损耦合过程，但其采用的磨损模型未考虑温度对材料硬度和磨损因数的影响，导致精度损失。

装甲车制动器的工作环境更恶劣，对耐高温性、耐磨性要求更高，需要更精确地模拟制动时热应力磨损的耦合行为。因此，本文基于Abaqus软件求解器提出完全耦合数值计算方法，考虑温度对磨损因数的影响并修正