基于摩擦-热-振动耦合作用的盘式制动界面性能分析及表面细观结构设计

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51675075
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    沙智华
  • 依托单位：
    大连交通大学
  • 学科分类：
    E0510.制造系统与智能化
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Aimed at severe wear, intense thermal damage and low braking efficiency problem on the brake disc in current high-speed and heavy loads situation, the design, manufacturing and optimizing technology of the brake disc with grooved meso-structural feature that can improve the brake performance on the interface is studied deeply. The detailed research contents include: The friction and braking mechanism on the disc & pad interface with grooved meso-structure in high-speed and heavy loads situation is studied, the influence of grooved meso-structure on frictional wear, frictional vibration and thermal damage performance of the interface is obtained. The mechanism and processing technology of extrusion cutting which integrates finish machining and grooved meso-structural machining into one high-efficient process is studied. A friction-thermo-vibration coupling model of grooved meso-structural brake disc is established. The influence of grooved meso-structural surface feature and its parameters on brake efficiency, wear situation, vibration noise and thermal damage with multi-factors, various initial speed and braking force is studied. Consider thermal flexibility, structural flexibility, vibration frequency and manufacturability as optimizing objectives, the multi-objectives structure topology analysis on the brake surface with grooved meso-structural feature is conducted. The research provides theoretical support for designing and manufacturing high efficient, wear resistant and fatigue resistant disc brake in high-speed and heavy load situation.
针对目前高速重载制动工况下制动盘/闸片磨损剧烈、热损伤严重、制动效能低等问题，对可有效改善制动盘/闸片界面制动性能的制动盘表面沟槽型细观结构特征的设计、制造及优化进行深入研究，内容如下：研究具有沟槽型细观结构的制动盘/闸片界面高速重载摩擦制动机理，得到沟槽型细观结构对制动界面摩擦磨损、摩擦振动、热损伤性能的影响规律；研究可将制动盘表面最终加工和沟槽型细观结构加工合二为一的高效一体化挤压切削加工机理及工艺；建立具有沟槽型表面细观结构的制动盘/闸片界面摩擦-热-振动耦合模型，研究多因素耦合作用下沟槽型细观表面特征及其参数在不同初始速度和制动力作用下对制动能效、磨损情况、振动噪声、热损伤的影响规律；以散热柔度、结构柔度、振动频率及可制造性为优化目标，对制动盘表面沟槽型细观结构特征进行多目标拓扑优化，为适用于高速重载制动场合高效能、低磨损、耐疲劳盘式制动器设计与制造提供有力的理论支撑。

结项摘要

针对目前高速重载制动工况下制动界面磨损剧烈、热损伤严重、制动效能低等问题，开展了基于摩擦-热-振动耦合作用的盘式制动界面性能分析及制动盘表面细观结构优化设计，取得了如下研究进展：.（1）建立了制动界面摩擦磨损宏/微观有限元模型，结合原理试验，研究了第三体的形成及其演变规律，揭示了第三体对沟槽型制动界面摩擦磨损特性的影响机理；分析了制动参数对沟槽型制动盘微观摩擦磨损特征的影响，阐明了热-力耦合作用下制动盘表面的多尺度磨损机制。.（2）建立了制动盘表面参数化沟槽特征的制动器多柔体动力学模型，揭示了沟槽参数对高速重载制动过程中振动特性、制动力及碰撞特性的影响规律；以动力学结果为载荷条件，研究了制动过程中制动界面热-力耦合动态特性，提出高速重载制动稳定性判定方法。.（3）开展摩擦磨损过程的热-力耦合有限元仿真与试验研究，分析了沟槽参数对制动过程中摩擦热生成、消散及应力的影响规律；分析了制动过程中制动盘表面热-力耦合疲劳失效载荷谱，获得了沟槽参数对沟槽型制动盘裂纹萌生、扩展及疲劳寿命的影响规律。.（4）提出了制动盘表面挤压切削加工方法，研究了其加工机理，揭示了工艺参数对切削力、切削热和制动盘表面粗糙度、残余应力、加工硬化的影响规律；通过灰关联度分析法进行多目标的参数优化，获得了同时满足三个表面质量指标的最佳工艺参数组合。.（5）建立了盘式制动多物理场耦合模型，揭示了摩擦-热-振动多物理场耦合作用高速重载制动机理；提出基于等效移动载荷的结构拓扑优化方法，优化出具有等速螺线离心式制动盘内部结构；提出面向位移和应力控制的表面形貌优化方法，优化出径向均匀放射式制动界面结构；通过试验和仿真验证了高速重载制动工况下优化后制动盘在变形、温度、应力分布方面的优势。.研究成果可推广应用至风力发电、航空航天、轨道交通、工程机械等高速重载制动场合，对提高我国高速重载盘式制动器的设计制造水平具有重要的理论意义和应用价值。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（10）
专利数量（14）
Research on dynamic characteristics of compensation mechanism for large-power wind turbine disc brake
大功率风电机组盘式制动器补偿机构动态特性研究
  • DOI：
    10.1108/mmms-03-2019-0056
  • 发表时间：
    2020-01
  • 期刊：
    Multidiscipline Modeling in Materials and Structures
  • 影响因子：
    2
  • 作者：
    刘宇;郝杰;亢盼利;沙智华;马付建;杨大鹏;张生芳
  • 通讯作者：
    张生芳
挤压切削加工工艺参数的多目标优化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    机床与液压
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    沙智华;袁琳;尹剑;马付建;张生芳;刘宇
  • 通讯作者：
    刘宇
Structural Topology Optimization of Brake Disc Using the Equivalent Moving Load Method
采用等效移动载荷法的制动盘结构拓扑优化
  • DOI：
    10.5614/j.eng.technol.sci.2019.51.6.4
  • 发表时间：
    2019-12
  • 期刊：
    Journal of Engineering and Technological Sciences
  • 影响因子：
    0.9
  • 作者：
    张生芳;尹剑;刘宇;马付建;沙智华;杨大鹏
  • 通讯作者：
    杨大鹏
Simulation Study on Friction and Wear Law of Brake Pad in High-Power Disc Brake
大功率盘式制动器刹车片摩擦磨损规律的仿真研究
  • DOI：
    10.1155/2019/6250694
  • 发表时间：
    2019-07-14
  • 期刊：
    MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhang, S.;Hao, Q.;Yang, D.
  • 通讯作者：
    Yang, D.
沟槽表面特征对制动过程制动盘温度场和应力场影响的研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    机床与液压
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    沙智华;李彩霞;刘宇;马付建;杨大鹏;张生芳
  • 通讯作者：
    张生芳

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其他文献

超声变幅杆与杯型工具一体化设计
  • DOI：
    10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2016.02.006
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    振动工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    马付建;董志刚;康仁科;张生芳;沙智华
  • 通讯作者：
    沙智华
大兆瓦风电制动器闸片静动态多目标结构拓扑优化设计
  • DOI：
    10.15999/j.cnki.311926.2016.04.010
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    中国工程机械学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    沙智华;尹剑;张生芳;刘宇;马付建
  • 通讯作者：
    马付建
难加工合金材料复杂曲面磁性磨料光整加工技术
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    河北科技大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    马付建;陶德松;宫臣;康仁科;张生芳;沙智华
  • 通讯作者：
    沙智华
兆瓦级风电制动器热-结构耦合仿真研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    大连交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    沙智华;刘楠;刘宇;马付建;尹剑;张生芳
  • 通讯作者：
    张生芳
电火花加工中多材质电极损耗规律的试验研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    电加工与模具
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘宇;王文建;马付建;王普永;阎长罡;沙智华;张生芳
  • 通讯作者：
    张生芳

其他文献

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沙智华的其他基金

面向抑冰与摩擦磨损性能同步提升的制动盘表面多尺度优化研究
  • 批准号：
    52375169
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    50 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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