Page 105 - 《摩擦学学报》2021年第1期

102 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

Hexagon Pentagon Circle
CPRESS CPRESS CPRESS
+3.498e+00 +3.717e+00 +4.368e+00
+3.201e +00 +3.396e+00 +3,999e+00
+2.904e+00 +3.076e+00 +3.631e+00
+2.607e+00 +2.755e+00 +3.263e+00
+2.310e+00 A B +2.434e+00 A B +2.895e+00 A B
+2.013e+00 +2.113e+00 +2.527e+00
+1.717e+00 +1.793e+00 +2.159e+00
+1.420e+00 Friction direction +1.472e+00 +1.791e+00
+1.123e+00 +1.151e+00 Friction direction +1.423e+00 Friction direction
+8.257e-01 +8.307e-01 +1.055e+00
+5.288e-01 +5.101e-01 +6.869e-01
+2.319e-01 +1.894e-01 +3.189e-01
−6.508e-02 −1.313e-01 −4.917e-02
A: Leading edge B: Trailing dege

Fig. 12 Numerical analysis results of the contact stress distribution of friction block surface
图 12 摩擦块表面接触应力分布仿真结果

盘之间的接触倾斜角导致的. 摩擦块切入端接触应力 对摩的制动盘均存在内、外两圈热环，而与圆形摩擦
较为集中，因此该区域对应的磨损率较大，这将使得 块对摩的制动盘的热环主要集中在内圈，导致摩擦产
拖曳制动后切出端接触压力较大(见图9). 生的热能多聚集于该区域. 但值得注意的是，尽管与
对比不同摩擦块表面接触应力情况，六边形摩擦 六边形摩擦块对摩的制动盘也存在内、外两圈热环，
块的接触应力分布更为均匀，且最大值较五边形和圆 但热环不连续且内外圈热环温度差异并不大，而五边
形摩擦块的低. 圆形摩擦块的接触应力最为集中，致 形摩擦块情况下的外圈热环温度却明显高于内环. 因
使其表现出最大的接触应力. 六边形摩擦块内、外圈 此，在同样的摩擦块表面面积以及边界条件下，与不
摩擦区域的接触应力分布较均匀，而圆形摩擦块接触 同形状摩擦块对摩的制动盘表面温度分布存在明显
应力几乎分布于内圈摩擦区域，这导致了制动盘产生 的差异，这可能是接触面积及接触应力分布导致的.
图5所示的温度分布现象. 此外，接触应力的大小及分 此外，图14示出了摩擦块表面温度分布情况，可
布直接影响表面磨损特性，较大的接触应力将使得表 见在摩擦块表面存在与制动盘对应的热环，且相对高
[16]
面呈现出复杂的磨损特性 . 因此，基于接触应力的 温区域主要集中在摩擦切入端，此现象圆形摩擦块最
分布情况，可以推测六边形摩擦块表面磨损最为轻 为明显，其整体温度值明显较高，这可能是接触应力
微，其次为五边形摩擦块，而圆形摩擦块表面磨损最 更集中在摩擦切入端所导致的，如图12所示. 总体而
严重，这与3.1节中摩擦块表面磨损分析结论具有较好 言，六边形摩擦块表面温度分布较为均匀，五边形摩
的一致性. 擦块次之，而圆形摩擦块热聚集现象最为明显，这与
3.3.3 表面温度场分析 接触压力分布结果有很好的一致性. 因此，有限元分
进一步分析了制动盘在拖曳制动40 s时的表面温 析很好地揭示了摩擦块形状影响制动界面接触行为
度分布情况，结果如图13所示. 可见不同形状摩擦块 的机理，也验证了六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过
均会使得制动盘产生热环. 与六边形和五边形摩擦块 程中具有较好的接触行为.

Hexagon Pentagon Circle

NT11 NT11 NT11
+7.431e+01 +8.873e+01 +9.988e+01
+7.012e+01 +8.333e+01 +9.355e+01
+6.593e+01 +7.794e+01 +8.723e+01
+6.173e+01 +7.255e+01 +8.091e+01
+5.754e+01 +6.715e+01 +7.458e+01
+5.335e+01 +6.176e+01 +6.826e+01
+4.916e+01 +5.636e+01 +6.194e+01
+4.496e+01 +5.097e+01 +5.562e+01
+4.077e+01 +4.558e+01 +4.929e+01
+3.658e+01 +4.018e+01 +4.297e+01
+3.239e+01 +3.479e+01 +3.665e+01
+2.819e+01 +2.939e+01 +3.032e+01
+2.400e+01 +2.400e+01 +2.400e+01

Fig. 13 Numerical analysis results of the temperature distribution of disc surface
图 13 制动盘表面热分布仿真结果