哈尔滨工业大学（威海）光威燃油方程式：基于Ansys赛车动力总成制动盘温度分析

在竞争激烈的大学生方程式汽车大赛中，制动系统的可靠性和性能对其成功起着至关重要的作用。制动系统中制动盘处于高温高强度的工作环境下，承受来自摩擦片的压力、摩擦力以及卡钳的热负荷。结合理论分析与实际问题性质，本文开发了三条基于ANSYS解决方案的制动盘合成分析路径，旨在为方程式赛车制动盘设计提供全面而有效的热评估手段。

1. 制动盘强度与抗热衰退性设计

在制动盘的设计阶段，强度与抗热衰退性是两项关键评估指标。由于大学生方程式赛车制动盘往往需要根据具体工况进行定制，因此对于强度和热稳定性进行精确计算与验证变得尤为重要。抗热衰退性指的是制动盘在频繁制动以及伴随摩擦片受热的情况下，其性能随时间衰退的能力。这一问题影响到制动力的稳定性与连续性。

2. ANSYS热固耦合分析方法一

该分析采用ANSYS软件中的热固耦合模块(Transient Thermal与Static Structural)，通过引入算得的制动热源，并校正对流热传递、热辐射系数及热功率等参数，计算制动盘在动态温度场下的强度预期。该方法的优势在于分析流程简单，计算速度快，但只模拟瞬时的状态，无法准确反映制动盘在连续制动条件下的热负荷特征。




3. ANSYS瞬态结构分析方法二与方法三

与方法一相比，方法二在Transient Structural模块中增加了摩擦片实体的仿真，更全面地模拟了制动过程中的物理交互，包括转动、压力施加、摩擦生热和热量传导。方法三进一步优化了结构分析策略，给出压力、初始转速和近似车辆质量参数，更严格地逼近实际工况。

4. 结果与讨论

采用上述分析方法，通过细致地配置边界条件、调整仿真参数，成功预测了制动盘的温度分布、应力分布及整个热场变化。对于方法而言，需要准确选择关键物理参数以确保分析的精确度。实际应用中，分析结果将指导制动盘的优化设计、散热孔布局优化和轮缘冷却装置的集成。此外，通过在赛车上安装无线制动盘温度传感器，收集实测数据进行闭环验证，可以进一步校准仿真模型，提高其实际应用的可靠性和有效性。

5. 仿真驱动的设计与未来的展望

当前的仿真策略展示了利用有限元分析指导制动系统设计的可能性，强调了模型简化、载荷约束简化与实验验证的重要性。未来的趋势应着重于开发更复杂、更精细的系统仿真模型，结合流体动力学与热、机械多物理场的耦合分析，以实现更全面、真实的赛车动力总成设计与优化。

通过本次分析路径，本研究不仅提供了增强制动系统设计以适应高推进性能赛车的具体策略，还为仿真实现轨道交通零部件的热分析提供了新的思路和方法，预计未来能够应用于广泛关注的电、磁等热效应显著领域，推动技术创新与实践发展。

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