外文翻譯--三維制動器瞬態(tài)溫度場的緊急制動 中文版

1 中文翻譯 應(yīng)用熱工 三維 制動器 瞬態(tài)溫度場的緊急制動 為了準(zhǔn)確掌握在葫蘆的緊急制動蹄片的溫度場的變化規(guī)律 ， 制動時，三維（ 3- D）的瞬態(tài)溫度場的理論模型，根據(jù)熱傳導(dǎo)，能量轉(zhuǎn)換和分布規(guī)律的理論，以及 礦山提升機運行的緊急情況制動。一種溫度場的解析推導(dǎo)了采用積分變換法。此外，溫度模擬實驗場進行了溫度場和溫度梯度和內(nèi)部的變化規(guī)律獲得。同時，通過模擬葫蘆的緊急制動條件下，實驗測量制動蹄的溫度，同時進行。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過比較模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)，即三維瞬態(tài) 溫度場模型的制動蹄片是有效和實用，和分析解決方案解決了積分變換方法是正確的 。 1、 簡介 提升機的緊急制動是一個轉(zhuǎn)變過程機械能轉(zhuǎn)化為對制動摩擦熱能量。該礦山提升機緊急制動過程中具有以下特點高速，重載，而這種情況更糟糕的是比剎車條件的車輛，火車等 1-3,6,10,11。以前對剎車片的溫度場的重點工作1-4,10,12,13。特別是，由于制動蹄是固定的過程中緊急制動，所以有更強烈的溫度上升 制動器蹄片 。制動蹄片是一種復(fù)合材料，以及溫度上升，從摩擦產(chǎn)生的熱能是最重要的因素影響 制動器蹄片 摩擦磨損性能同制動安全性能 5-10。因此，有必要調(diào) 查關(guān)于 制動器蹄片 的溫度場 來 調(diào)查剎車片的。 制動器蹄片 的溫度場目前的理論模型基于一維或二。 Afferrante11建立了一個二維 （ 2- D）的多層模型來估計瞬態(tài)演化在多盤離合器溫度擾動和在操作過程中剎車。納吉 12建立了一維數(shù)學(xué)模型來描述一個制動熱行為系統(tǒng)。 Yevtushenko 和 Ivanyk13推導(dǎo)了瞬態(tài)溫度場的一軸對稱熱傳導(dǎo)問題 2三維坐標(biāo)。這是困難的這些模式，以反映 制動器蹄片 真實溫度場的三維幾何圖形。 解決的方法剎車片的三維瞬態(tài)溫度場集中有限元法 1-3,14-17，近似集成的方法 4,18，格林函數(shù)法 12和 Laplace 變換方法 9,13等，前三者方法是數(shù)值求解方法和低是相對的準(zhǔn)確性。例如，有限元方法可以解決復(fù)雜熱傳導(dǎo)問題，但計算精度解決方案是比較低，這是影響網(wǎng)密度，步長等。雖然拉普拉斯變換解決方法是分析方法，它是難以解決的方程復(fù)雜邊界的熱傳導(dǎo)。因此，所謂的解析解積分變換方 法 通過 19，因為它是解決問題的合適非均質(zhì)瞬態(tài)熱傳導(dǎo)。為了掌握 制動器蹄片的溫度變化規(guī)律在葫蘆的緊急制動領(lǐng)域，提高安全可靠性制動，一個 3- D 的制動器蹄片瞬態(tài)溫度場研究了在積分變換方法的 基礎(chǔ)上，和有效性證明了數(shù)值模擬和實驗研究 。 2、 理論分析 2、 1理論模式 圖 1顯示了葫蘆的制動摩擦副示意圖。為了分析制動器蹄片的三維溫度場 ， 2 圓柱坐標(biāo)（ r， ， z）是通過結(jié)構(gòu)來描述幾何如圖所示。 2，其中 R 是剎車點之間的距離和制動盤的旋轉(zhuǎn)軸 ； 為圓心角 ；這三者之間的制動蹄摩擦點和表面的距離。至于幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和圖 2所示。它看到， .0,0,0 lzbra 顯然，這是制動器蹄片的溫度 T 是函數(shù)的圓柱坐標(biāo)（ r， ， z）和時間（ t）。根據(jù)熱理論傳導(dǎo)，三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)微分方程是獲得如下： tTazTTrTrrT 11122222222 （ 1） 其中 a 是熱擴散， )/( ca ； 是熱導(dǎo)率 ； 為密度 ； c 是比熱容量。 2.2、 邊界條件 2.2.1、 熱流量及其分布系數(shù) 這是在緊急制動產(chǎn)生的摩擦熱難要在短時間內(nèi)發(fā)出，因此它幾乎完全吸收剎車對。由于制動器蹄片是固定的，摩擦溫度多面大幅上升，這最終會影響其摩擦學(xué)更嚴(yán)重的行為。為了掌握真實該制動器蹄片溫度場在緊急制動時，熱流量及其分布系數(shù)摩擦表面必須確定準(zhǔn)確。根據(jù) 操作 緊急制動，條件假設(shè)制動速度光盤隨時 間呈線性，熱流量，得到 公式 )/1()/1(),( 0000 ttrwpkttpktrq s （ 2） 其中 q 為熱摩擦表面流動 ； P 是比壓之間的制動對 ； oV的 和0W是最初的線性和角速度在制動盤 ； l 是剎車副之間的摩擦系數(shù) ； 0t是整個制動時間， k 是熱分布流系數(shù)。假設(shè)摩擦熱量轉(zhuǎn)移到完全制動運動鞋和制動盤，分布的熱流量系數(shù)根據(jù)得到的一維熱傳導(dǎo)分析。圖。 3顯示了聯(lián)系兩個半平面示意圖。在一維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)的條件，對摩擦表面（ z = 0處）的溫度上升，得到 公式 （ 3） 其中 q 為 在 平面吸收一半熱流。和熱流量是 從 Eq 獲得的 （ 4） 假設(shè)兩個半飛機具有相同的溫度上升，對摩擦表面，然后在熱流量比進入兩個半平面可表示為 其中下標(biāo) S 和 D 意味著制動器蹄片和制動盤，分別。根據(jù) Eq。（ 5），分配系數(shù)熱流根據(jù)這個公式獲得進入制動器蹄片 。 3 2.2.2、 在邊界系數(shù)對流換熱 至于側(cè)面和頂面制動器蹄片，得到他們的對流換熱系數(shù)，分別按自然對流換熱邊界條件直立板和橫板 圖 1-制動摩擦副示意圖 圖 2、 三維幾何模型的制動器蹄片。 圖 3、 兩個半 平面示意圖 4 其中下標(biāo) L 和 U 代表側(cè)面和頂部表面， h 分別為對流換熱系數(shù)在邊界上， DT 是之間的溫差邊界和環(huán)境， L 是較短維邊界。 2.2.3、 初始和邊界條件 制動器蹄片之間的接觸和制動盤表面受到不斷熱流在緊急制動過程 qs 的。 制動蹄片的邊界都用空氣 的 自然對流。邊界和初始條件可以表示為 其中是0T制動器蹄片在 t=0的初始溫度。 2.3。積分變換求解方法 積分變換的方法有兩個解決問題的步驟。首先，只有作出適當(dāng)?shù)姆e分變換空間 變量，熱傳導(dǎo)原方程可以簡化由于考慮到時間與常微分方程變量 t 然后，通過采取逆變換關(guān)于解常微分方程 的解析解在關(guān)于空間和時間變量溫度場可以得到的。積分變換方法應(yīng)用于求解方程。 （ 1）邊界條件方程。（ 8）。用積分變換有關(guān)空間變量（ r， ， z）的反過來，他們可能會偏微分方程是 消滅 “。編寫公式來表示的運作采取逆變換與積分變換方面到 Z，這些被定義為 5 其中 是 的積分變化， 是 特征函數(shù) 。 提交 Eq，獲得以下方程： 以同樣的方式，逆變換與積分變換關(guān)于 和 r 分別定義 最后，根據(jù)上面的積分變換，方程 1）（ 8）可以簡化為如下： 6 解決方案 可以獲得通過解式。 (16)。以反變換關(guān)于根據(jù) Eqs。 (九 )、 (12)和 (14),的解析 制動器 的三維瞬態(tài)溫度場分布 3.仿真和實驗 圖 4 顯示了一半的 制動器 剖面樣品。線 c、 d 的中心線 ,底線的橫截面上的分別。樣品的尺寸是 :一個 = 137.5 mm,b = = 1 / 6 毫米 ,半 162.5 rad,l = 6 毫米。閘瓦的材料和盤式制動器是石棉和 16Mn,分別。他們的參數(shù)和條件的緊急制動見表1。 假設(shè)摩擦系數(shù)和制動襯墊比壓在緊急制動過程是不變的。基于以上分析模型 ,模擬閘瓦的三維溫度場進行與到 = 7.23 s 。溫度的變化規(guī)律 圖 4 把剖面的一半剎車蹄的樣品 7 表 1 剎車副的基本參數(shù)和緊急制動條件 與內(nèi)部溫度梯度場進行了分析。什么是顯示在無花果里都是片面的。 5 - 9 的仿真結(jié)果相符合。 什么是顯示在圖 5 是閘瓦的三維溫度場當(dāng)時間 7.23 s。它被認為是從圖 5 的最高溫度是 396.534 閘瓦制動 ,其 K 后最低溫度和熱是能量 293 歐幾里得主要集中 圖 5 三維溫度場的剎車蹄 (t = 7.23 s) 8 圖 6 溫度的改變對摩擦表面與時間 t 圖 7 溫度的改變對線 d 用時間 t 9 圖 8 溫度梯度的變化與時間線 c t 圖 9 溫度的改變不同深度隨時間的線 c t 層上的摩擦表 面的熱影響層 (命名 ),既體現(xiàn)了熱 diffusibility 閘瓦的很差。為了靈便的溫度變化規(guī)律的摩擦表面 ,在緊急制動過程的摩擦表面的變化的溫度與時間 t進行了模擬。什么是在圖 6 中顯示 ,揭示了摩擦表面的溫度 ,然后增加首先減小的趨勢。這是因為 ,高速度的盤式制動器是在開始的時候 ,結(jié)果造成大 heat-flow 而對流換熱系數(shù)低邊界上的那一刻 ,所以溫度增加 ；后期的制動的 heatflow量減少的速度 ,而對流換熱系數(shù)高 ,由于溫差較大的差異 ,從而導(dǎo)致減少邊界溫度。無花果。6、 7,反映了溫度變化規(guī)律進行了徑向尺寸 :在外面的溫度高于 閘瓦里面 ,并且外面的溫度變化較大。 10 圖 8 論證了溫度梯度的變化規(guī)律的方向沿 z。最高溫度梯度的摩擦層是由3.739 105 K / m 與方向會急驟下降沿 z。最低價值只是 4.597 1011 K / m。在開始的時候 ,溫度梯度的熱影響層是最高 ,而溫度接近周圍的溫度。象剎車的推移 ,溫度梯度漸次降低 ,直到最后。圖 9 所示的是變化的溫度不同深度隨時間的線 c t。溫度會急驟下降隨著 z,、邊界條件等影響有窩內(nèi)部溫度。溫度增高但 z P0.0006米。一旦 z 是由 0.002 米 ,制動過程中溫度的差別小于 3 k .這表明 ,熱能集中在熱影響層 ,其厚度是關(guān)于 0.002 米。 為了證明的解析模型 ,實驗進行了摩擦試驗機 ,如圖 10。實驗原理如下 :當(dāng)剎車開始 ,兩種制動蹄制動圓盤也要被推遲到一定壓力 p 和溫度點 e 在摩擦表面熱電偶測量。因為試樣厚度太厚 ,而且摩擦試驗機的結(jié)構(gòu)是有限的 ,很難固定熱電偶在剎車蹄。因此 ,熱電偶是固定的直接對盤式制動器是封閉 ,點 e 列圖。 10。圖 11顯示的溫度變化規(guī)律的兩種情況下點在 e 的緊急制動。 從圖 11,觀察點 e 增加時的溫度 ,在第一 ,然后減少 ,最高溫度低于 ,通過仿真實驗數(shù)據(jù)也落后。在圖 11a,模擬溫度達到最大 427.14 凱西在 3.6 s 而來的實驗數(shù)據(jù)和最大 435.65 凱西在 3.8 秒。在圖 11b,仿真結(jié)果達到最大 469.55 凱西在 4.5 s 而來到 479.68 實驗數(shù)據(jù) K 在 5 秒。它被認為是從圖 11,通過實驗測量溫度低于仿真結(jié)果 ,在第一 ,然后它相反的。這是因為熱電偶本身的能量吸收熱量閘瓦在開始 ,然后將其釋放到剎車蹄當(dāng)溫度下降。對比實驗數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果表明 ,仿真結(jié)果表明 ,兩者吻合較好 ,誤差的實驗 ,他們的最高溫度是 1.99% 圖 10 圖解的摩擦測試儀 。 11 圖 11a 溫度的變化規(guī)律與時刻 t 的 e 點 (p = 1.38 = 0 - 1 兆帕 ,證明米 /秒 )。 圖 11b 溫度的變化規(guī)律與時刻 t 的 e 點 (p = 1.5895%兆帕 ,證明 =長 1 - 2.5 米 /秒 )。 和 2.16%,分別。這表明 ,解析解的三維瞬態(tài)溫度場是正確的。 4.結(jié)論 (1)的理論模型建立了三維瞬態(tài)溫度場的理論根據(jù)熱傳導(dǎo)及緊急制動條件的礦山提升機。這個積分變換方法應(yīng)用于解決的理論模型 ,并對溫度場的解析解 ,推導(dǎo)出。這表明 ,積分變換方法是有效解決這一問題的三維瞬態(tài)溫度場。 (2)基于解析解的理論模型 ,并采用數(shù)值分析模擬溫度分布的變化規(guī)律下緊急制動狀態(tài)。仿真結(jié)果表 明 :摩擦表面溫度的增加降低 ；首先 ,然后在開始的溫度 12 梯度的熱影響層的最高 ,其次是溫度增加迅速 ,正如制動過程正在進行中 ,溫度梯度溫度的增加呈減少趨勢 ；窩 ；邊界條件影響了內(nèi)部溫度上升 ；熱能量都集中在熱影響層 ,其厚度約 2 毫米。 (3) 實驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果吻合良好 ,誤差對他們的最高溫度是大約 2%,這證明了積分變換方法的正確性求解理論模型的三維瞬態(tài)溫度場。解析模型能夠反映出的變化規(guī)律閘瓦的三維瞬態(tài)溫度場在緊急剎車。 出處 本項目是支持的重點工程 ,中國教育部 (批準(zhǔn)號 :)資助 107054)和程序為新世紀(jì)優(yōu)秀 人才 (批準(zhǔn)號 :)資助的大學(xué)。 NCET-04-0488)。 參考 1 y .楊、江康鈺周、數(shù)值模擬研究的三維熱應(yīng)力場與復(fù)雜邊界問題 ,工程熱27(3)(2007)487-489。 2 l . j .的歌 ,Z.Y.李郭的研究 ；(3)快速有限元的仿真模型 ,對車輛制動熱分析系統(tǒng)仿真學(xué)報 ,17(12)(2005)。 2877 2869-2872。 3 邱智賢高 ,X.Z.林、瞬態(tài)溫度場分析剎車在引入非完全軸對稱三維模型、期刊的材料加工技術(shù) 129(1 - 3)(2002)513-517。 4 應(yīng)用文獻的 理發(fā)師 ,李 ,并沒有變法防守的瞬態(tài)熱彈性接觸問題解的速度膨脹法 ,穿 265(3 勝 4 敗 )(2008)402-410。 5 張亞蘭 ,Z.C. 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