制动盘模态特性及其影响因素分析

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1、制动盘模态特性及其影响因素分析重庆大学硕士学位论文(专业学位)学生姓名：夏金凤指导教师：褚志刚副教授兼职导师：杨亮高工学位类别：工程硕士（车辆工程领域）重庆大学汽车工程学院二O一五年五月TheAnalysisofModalCharacteristicsandItsInfluencingFactorsforBrakeDiscAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByXiaJinfengSupervisedbyAssociateProf

2、.ChuZhigangPluralisticSupervisedbyYangLiangSpecialty:VehicleEngineeringCollegeofAutomotiveEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要制动盘是制动系统的主要构件，其性能的优劣直接影响汽车行驶安全性，同时，车辆制动时，如果激励频率与制动盘固有频率接近则会引起共振，产生剧烈的振动和噪声，影响乘座舒适性。因此分析制动盘的模态特性及其影响因素进而研究其动力学特性十分必要，可预测制动盘与制动系统发生相互影响的可能性，通过结构的优

3、化设计避开共振，提高车辆制动的安全性、可靠性和舒适性。而高精度的有限元模型是结构动力学分析和优化设计的基础，可根据试验模态分析结果对有限元模型进行修正，并对有限元模态参数与试验模态参数进行相关性分析，获得准确的制动盘有限元模型，同时也为分析制动盘的几何尺寸及材料参数对模态特性的影响提供模型基础。本文采用APDL参数化语言建立制动盘有限元模型，并对其进行有限元模态分析，获得无阻尼固有频率和模态振型。然后对制动盘进行试验模态分析，分别采用最小二乘复指数法（LSCE）和多参点最小二乘复频域法（LSCF）结合稳态图和复模态指示函数识别制动盘的重根模态，获得准确的试验模态参数。在进一步的对有限元

4、模态参数和试验模态参数进行相关性分析的基础上，针对有限元与试验模态固有频率相对误差较大的问题，采用基于灵敏度分析的参数型修正方法将制动盘有限元模型修正转化为固有频率仿真值与试验测量值相对误差最小的优化问题，通过修正弹性模量，密度和泊松比等材料特性参数使前九阶固有频率最大相对误差由-9.23%降到-2.19%，且修正后的有限元模态振型与试验模态振型间互模态置信准则（CrossMAC）对角线元素值均接近于1，表明修正后的有限元模型精度高。在此基础上，通过改变几何尺寸及材料参数分析其对制动盘模态特性的影响。由分析可知，制动盘径向总尺寸，内盘径向尺寸，中空双层盘体轴向总尺寸，散热辐条的分布密度

5、和尺寸、弹性模量和密度对制动盘前九阶模态固有频率影响较大，可通过修改对制动盘模态固有频率影响较大的几何尺寸和材料参数来改变其模态特性，为进一步的制动盘优化设计及制动噪声控制指明了方向。值得一提的是，在进行制动盘模态振型相关性分析时，为消除有限元模态分析和试验模态分析对应重根模态振型之间的夹角误差，实现模态相关性的准确定量分析，基于模态振型方程，揭示了不同模态模型重根模态振型夹角误差产生机理，提出了修正循环对称结构模态振型相关性的新方法。首先计算各阶重根模态有限元模态振型与试验模态振型CrossMAC初值得到夹角误差；在此基础上确定出对应的旋转角度和节点数；最后对有限元模态振型进行旋转匹

6、配并计算得到修I重庆大学硕士学位论文正后的CrossMAC值。该方法可用于修正循环对称类结构的重根模态振型相关性，且相比于已有的循回群和初等旋转变换方法而言，修正效率得到显著提高。关键词：制动盘，模态分析，相关性，模型修正，影响因素II英文摘要ABSTRACTBrakediscisthemajorcomponentofbrakingsystem,theperformanceofbrakediscwillinfluenceautomobiletravelsecuritydirectly.Whenvehiclebrakes,ifexcitationfrequencyisclosetothe

7、naturalfrequencyofbrakedisc,resonancewillbecaused.Itwouldresultinloudnoiseandservevibration,andaffectthecomfort.Soitisessentialtoanalyzethemodalcharacteristicofbrakediscanditsinfluencefactors,andfurthertostudythedynamicchara