制動盤模態(tài)特性及其影響因素分析.pdf

1、制動盤是制動系統(tǒng)的主要構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣直接影響汽車行駛安全性，同時，車輛制動時，如果激勵頻率與制動盤固有頻率接近則會引起共振，產(chǎn)生劇烈的振動和噪聲，影響乘座舒適性。因此分析制動盤的模態(tài)特性及其影響因素進(jìn)而研究其動力學(xué)特性十分必要，可預(yù)測制動盤與制動系統(tǒng)發(fā)生相互影響的可能性，通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計避開共振，提高車輛制動的安全性、可靠性和舒適性。而高精度的有限元模型是結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)，可根據(jù)試驗?zāi)B(tài)分析結(jié)果對有限元模型進(jìn)行修正，

2、并對有限元模態(tài)參數(shù)與試驗?zāi)B(tài)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，獲得準(zhǔn)確的制動盤有限元模型，同時也為分析制動盤的幾何尺寸及材料參數(shù)對模態(tài)特性的影響提供模型基礎(chǔ)。
　　本文采用APDL參數(shù)化語言建立制動盤有限元模型，并對其進(jìn)行有限元模態(tài)分析，獲得無阻尼固有頻率和模態(tài)振型。然后對制動盤進(jìn)行試驗?zāi)B(tài)分析，分別采用最小二乘復(fù)指數(shù)法（LSCE）和多參點最小二乘復(fù)頻域法（LSCF）結(jié)合穩(wěn)態(tài)圖和復(fù)模態(tài)指示函數(shù)識別制動盤的重根模態(tài)，獲得準(zhǔn)確的試驗?zāi)B(tài)參數(shù)。在進(jìn)一

3、步的對有限元模態(tài)參數(shù)和試驗?zāi)B(tài)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，針對有限元與試驗?zāi)B(tài)固有頻率相對誤差較大的問題，采用基于靈敏度分析的參數(shù)型修正方法將制動盤有限元模型修正轉(zhuǎn)化為固有頻率仿真值與試驗測量值相對誤差最小的優(yōu)化問題，通過修正彈性模量，密度和泊松比等材料特性參數(shù)使前九階固有頻率最大相對誤差由-9.23％降到-2.19%，且修正后的有限元模態(tài)振型與試驗?zāi)B(tài)振型間互模態(tài)置信準(zhǔn)則（Cross MAC）對角線元素值均接近于1，表明修正后的有限元

4、模型精度高。在此基礎(chǔ)上，通過改變幾何尺寸及材料參數(shù)分析其對制動盤模態(tài)特性的影響。由分析可知，制動盤徑向總尺寸，內(nèi)盤徑向尺寸，中空雙層盤體軸向總尺寸，散熱輻條的分布密度和尺寸、彈性模量和密度對制動盤前九階模態(tài)固有頻率影響較大，可通過修改對制動盤模態(tài)固有頻率影響較大的幾何尺寸和材料參數(shù)來改變其模態(tài)特性，為進(jìn)一步的制動盤優(yōu)化設(shè)計及制動噪聲控制指明了方向。值得一提的是，在進(jìn)行制動盤模態(tài)振型相關(guān)性分析時，為消除有限元模態(tài)分析和試驗?zāi)B(tài)分析對應(yīng)重根

5、模態(tài)振型之間的夾角誤差，實現(xiàn)模態(tài)相關(guān)性的準(zhǔn)確定量分析，基于模態(tài)振型方程，揭示了不同模態(tài)模型重根模態(tài)振型夾角誤差產(chǎn)生機(jī)理，提出了修正循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)模態(tài)振型相關(guān)性的新方法。首先計算各階重根模態(tài)有限元模態(tài)振型與試驗?zāi)B(tài)振型Cross MAC初值得到夾角誤差；在此基礎(chǔ)上確定出對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度和節(jié)點數(shù)；最后對有限元模態(tài)振型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)匹配并計算得到修正后的Cross MAC值。該方法可用于修正循環(huán)對稱類結(jié)構(gòu)的重根模態(tài)振型相關(guān)性，且相比于已有的循回群和初等