Page 106 - 摩擦学学报2025年第5期
P. 106
740 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷
Φ28.64 Φ31.84 Φ35.08 Φ38.28
Friction block
Disc
15 ℃ 100 ℃
Fig. 7 Temperature distribution on the surface of the friction block and brake disc at the end of the friction braking test
图 7 制动摩擦学试验结束时摩擦块和制动盘表面温度分布
于其切入端区域，这也容易导致摩擦块发生偏磨现象， 转速即可模拟制动盘的旋转，在固定梁的支撑面上施
诱导制动系统产生摩擦振动噪声. Φ35.08摩擦块表面 加固定约束. 制动盘转速ω=100 r/min，制动力F=500 N.
温度分布较为均匀，说明其与制动盘滑动摩擦过程中建 本文中首先开展试验工况下的摩擦块磨损仿真，计
立了稳定的摩擦关系，界面接触特性良好，从而使得 算流程如图8(c)所示，以获取包含摩擦块磨损特征的
该制动系统作用较为稳定，不容易产生摩擦振动噪声. 制动系统有限元模型，在此基础上开展复模态仿真分
析以验证有限元模型的准确性，并探讨摩擦块尺寸变
3 有限元仿真分析 化对制动系统稳定性的影响. 进一步地，开展考虑摩
3.1 有限元模型及仿真分析流程 擦块表面磨损的瞬态动力学仿真分析，获取不同尺寸摩
针对制动摩擦学试验获取的摩擦块尺寸对制动 擦块与制动盘滑动摩擦过程界面摩擦自激振动特性.
摩擦振动噪声的影响规律，本文中采用ABAQUS软件 3.2 复模态仿真分析
构建试验装置主要结构的有限元模型，开展复模态分 本文中在提取该摩擦系统特征值前，先进行无摩
析及瞬态动力学分析，以对试验现象作进一步的机理 擦状态下的系统自然频率求解以得到投影子空间，
探讨. 图8(a)所示为试验装置主要结构的三维模型，包 再将摩擦系统投影到子空间中进行计算. 因此，基于
括制动盘、夹钳、夹具、固定梁以及摩擦块，其中，制动盘 ABAQUS软件开展制动系统的复模态分析通常需要
力学性能参数为密度7 850 kg/m³、弹性模量210 GPa、 4步来完成：第1步开展静力学分析并在夹钳上加载制
泊松比0.3；摩擦块力学性能参数为密度5 200 kg/m³、弹 动力(500 N)；第2步开展静力学分析并在制动盘上加
性模量6.5 GPa、泊松比0.29；夹钳、夹具和固定梁力学 载转速(100 r/min)；第3步为模态分析，提取制动系统
性能参数为密度7 800 kg/m³、弹性模量200 GPa、泊松 固有频率及振型；第4步为复模态分析. 关于复模态仿
比0.3. 进一步地，基于图8(a)所示的试验装置主要结构 真分析的基础理论可见文献[15-16]，在复模态仿真分
三维模型构建相应的有限元模型，结果如图8(b)所示. 析中，摩擦系数为0.1~0.7，并间隔0.02计算1组数值.
在该有限元模型中，夹钳与固定梁之间设置为铰 图9所示为制动系统耦合模态复特征值的等效阻
链连接，使得2个夹钳可以绕着固定梁上的孔旋转，当 尼比以及不稳定振动频率，等效阻尼比为特征值实部
夹钳末端施加相反方向的力时，可以使固定在夹具上 与虚部之比，衡量的是制动系统出现不稳定振动的倾
的摩擦块与制动盘建立接触，产生制动压力并实现摩 向，如果等效阻尼比越大，则表明系统出现不稳定振
[17]
擦块与制动盘滑动摩擦的模拟. 制动盘的轴孔内壁与 动的倾向越大 . 从图9(a)中可以看出，当摩擦系数较
轴孔的中心点进行了耦合约束，并在该中心点上约束 小时，系统的等效阻尼比为零，即特征值实部为零.
除绕x轴旋转以外的所有自由度，对中心参考点施加 随着摩擦系数的增大并在其大于某一临界值时，系统
