制动器是汽车制动系统的核心部件,制动过程是一个典型的热—机耦合过程,制动器摩擦副温度和应力场的耦合分析计算是制动器设计的重要内容和选择摩擦副材料的重要理论依据。本文应用有限元方法对制动过程中的热—机耦合现象进行仿真分析,并预测了制动盘的热疲劳寿命。首先,以目前轿车上普遍采用的通风盘式制动器为例,应用Catia软件进行三维建模,利用Hypermesh软件进行网格划分,推导盘式制动系统的三维瞬态温度场热传导方程,并确定其热流输入边界条件和对流散热边界条件,应用非线性有限元软件Abaqus建立制动系统的热—机完全耦合有限元分析模型,对汽车紧急制动过程进行模拟,在模拟计算中考虑到了因摩擦生热导致的旋转移动热流的产生和分配,以及温度、接触压力与应力之间相互耦合问题,并考虑到制动盘各界面的对流换热系数随制动盘转速而变化。其次,通过对热—机耦合制动过程的仿真分析,揭示制动盘在移动热源和对流换热作用下的瞬态温度场、接触压力场和应力场的分布规律,探讨制动盘在交变循环应力作用下盘面常见的径向裂纹的产生原因,研究制动过程中制动盘的翘曲和厚度变化的热变形,并根据热变形对接触状态和接触压力的影响来分析制动过程中制动盘摩擦表面出现的“热点”和制动时的热抖动问题。最后,基于热—机耦合分析结果,应用Manson-Coffin公式来预测制动盘的热疲劳寿命,并研究制动初速度和制动压力对制动盘使用寿命的影响。