引入不确定参数的汽车盘式制动器振动稳定性分析

针对汽车制动器的噪声抑制问题,基于可靠性分析理论,将蒙特卡洛法与响应面法相结合,提出了一种汽车盘式制动器系统振动稳定性的可靠性分析方法。该方法针对制动噪声产生具有不确定性的特点,引入随机和区间不确定性参数对制动器系统进行描述,建立包含随机参数和区间参数的制动器不稳定特征值的响应面近似模型,进而采用Sobol′全局灵敏度分析法和蒙特卡洛法分别对不确定参数的全局灵敏度和系统稳定性的可靠度进行分析。用该方法对某车的浮钳盘式制动器系统进行研究,分析了系统稳定性的可靠度和不确定参数的全局灵敏度,甄别了不确定性参数对系统稳定性的影响,并从可靠性角度提出了改善制动器系统振动稳定性的工程措施。     

消声片对汽车盘式制动器摩擦尖叫特性影响研究

建立某车型浮钳式盘式制动器有限元模型,通过有限元软件ABAQUS中的复特征值分析法,对比分析有/无消声片状态下制动系统的稳定性,探讨通过消声片改善制动摩擦尖叫的作用机理,并对消声片结构与制动摩擦尖叫之间的关系进行研究。结果表明,制动器的不稳定振动模态主要表现为制动盘的面外模态,同时随有制动卡钳、保持架以及摩擦片等的弯曲与扭转运动,制动尖叫噪声具有多频耦合的特性。在制动器中引入具有特定结构与材料形式的消声片能够有效降低系统的尖叫倾向和强度,尤其是在抑制低频尖叫方面效果显著。消声片基板存在一个最佳厚度值（0.5 mm）,使得减振降噪的效果达到最佳,过度增大或减小消声片基板厚度可能导致降噪效果减弱,使尖叫强度开始上升。对消声片表面进行开沟槽处理能够改变制动力的传递特性,使得制动界面接触应力分布更加均匀,界面能量堆积现象被削弱,从而改善制动系统的稳定性。以上分析结果对认识消声片的减振降噪特性以及其结构优化设计具有一定的工程指导意义。     

基于盘-块间弹簧接触动力学模型的盘式制动器抖动改进设计

为了更加准确地量化制动抖动的产生,寻找降低抖动的方案,构造了一种盘式制动器盘-块间采用面分布式弹簧接触的动力学模型,并通过将仿真结果与台架试验结果进行对比来验证所构建的动力学模型的正确性以及适用性。从制动压力波动和制动力矩波动的计算表达式中找到制动抖动的关键影响参数,提出对制动卡钳结构和制动块背板结构进行改进的两种改进方案。同时,提出一种结合有限元分析与理论计算的参数确定方法确定改进后制动系统的参数。将改进后的制动器参数值输入到搭建的制动器Simulink模型进行仿真,获得改进后的制动压力波动和制动力矩波动的时域响应,并将其与改进前的仿真结果进行对比分析。研究结果表明,改进后制动系统的制动压力波动量比改进前减少了32.43%,制动力矩波动量比改进前减少了38.50%,说明所提出的制动器结构改进方法在降低制动抖动方面是有效的。     

盘式制动器NVH性能的时-频域耦合仿真方法

汽车制动时的NVH性能对于乘车舒适性和防治环境噪声污染具有重要意义。目前常规的仿真方法为复特征值(CEA)法,通常CEA法比实际测试出现的制动尖叫频率点更多,容易造成误判。为此,提出采用时-频域耦合动态仿真方法对盘式制动器的NVH性能进行分析。基于有限元平台ABAQUS,根据国际噪声测试标准SAE J 2521规定的工况,分别采用CEA法和时-频域耦合仿真方法,对制动器的非稳态响应进行了分析,得到了制动器的加速度-频率响应曲线以及制动尖叫的频率点;将时-频域耦合仿真及CEA仿真结果与测试结果进行比较,结果表明:传统的CEA仿真得到的的尖叫频率值过多,相比之下时-频域耦合仿真得到的结果与测试数据更为吻合,能够更精准地预测制动器的尖叫噪声频率值。     

基于虚拟仪器的汽车制动器制动噪声问题的研究

本文利用虚拟仪器技术,进行了汽车制动器制动噪声问题的研究,给出了汽车制动器振动噪声测量、信号分析、声源识别的测试分析方法。通过分析大量试验数据,找出了盘式制动器制动噪声产生的原因,为该制动器的优化设计提供了依据。     

参数不确定性估计的随机响应面模型修正方法EI北大核心CSCD

正确估计实际工程结构中参数和响应不确定性的大小,能有效提高分析结果的可靠性。首先基于概率配点法和回归分析建立随机响应面模型,以表述不确定性参数与响应间复杂的隐式函数关系,快速估计响应的统计特征值;然后提出一种两阶段修正策略,分步修正参数的均值和标准差,以简化随机修正过程、提高修正效率;最后基于一组55块钢板的实测频率均值和标准差,估计钢板厚度和材料参数的统计特征值,验证方法的可行性和可靠性。     

参数不确定性估计的随机响应面模型修正方法

正确估计实际工程结构中参数和响应不确定性的大小,能有效提高分析结果的可靠性。首先基于概率配点法和回归分析建立随机响应面模型,以表述不确定性参数与响应间复杂的隐式函数关系,快速估计响应的统计特征值;然后提出一种两阶段修正策略,分步修正参数的均值和标准差,以简化随机修正过程、提高修正效率;最后基于一组55块钢板的实测频率均值和标准差,估计钢板厚度和材料参数的统计特征值,验证方法的可行性和可靠性。     

基于6σ的车身噪声传递函数稳健优化设计

为提高设计稳健性,将6σ稳健优化设计引入车身噪声传递函数优化过程。将6σ质量管理、可靠性设计稳健设计相结合,考虑设计变量、约束条件目标函数在内所有不确定性信息,不仅满足优化目标函数、提高系统可靠性要求,使系统响应均方差最小化,即提高稳健性。以某型汽车为例,在汽车声固耦合有限元模型基础上采用基于试验设计的二阶多项式响应面模型,以车身总质量一阶模态频率为约束条件驾驶员耳旁声压级响应均方根值为目标函数,在基本随机变量概率特性已知情况下对车身噪声传递函数进行6σ稳健优化设计,与传统确定性优化设计相比表明该方法的有效性。     

自助法的改进及在结构参数不确定性量化和传递分析中的应用

参数不确定性量化及传递分析常需假定参数的总体分布,概率分布的选取对分析结果有较大影响。自助法无需进行分布假设即可对总体的分布特性进行统计推断,可在一定程度解决以上问题,但是在小样本情况下容易导致计算结果偏离真实分布。为此,采用信息扩散理论对自助法进行改进,结合响应面理论,提出新的参数不确定性量化及传递分析方法。该方法首先对各个Bootstrap子样本的概率密度函数进行信息扩散估计,采用接受-拒绝法生成大量改进Bootstrap子样本,计算不确定性参数的概率统计特征值。其次,根据不确定性量化结果,基于响应面模型,快速计算结构响应的变化区间,根据所定义的区间灵敏度指标来判断参数不确定性对结构响应的影响程度,量化响应的不确定性。最后,通过一斜拉桥的参数不确定性量化及传递分析,验证了所提方法的可行性及可靠性。     

参数不确定性细长火箭弹随机特征值问题研究

固有振动特性分析已成为大长径比火箭弹研制与动态设计的重要环节之一。系统的加工测量误差、几何、材料以及约束条件等的不确定性对火箭弹动态特性具有显著影响。该文基于传递矩阵法和摄动方法,建立了含不确定参数的细长火箭弹随机特征值问题分析方法,研究了参数不确定性对火箭弹振动特性的影响。该方法无需建立系统总体动力学方程,可大幅度提高随机特征值问题的计算效率、降低系统存储需求。分别应用该文方法与Monte Carlo 方法对某大长径比火箭弹随机特征值问题进行了分析,两种方法计算结果吻合较好,证明了该方法的有效性。     

一座现有拱桥面内失稳的可靠度随机有限元分析

用基于一次可靠度方法的可靠度随机有限元对一座现有的钢筋混凝土拱桥面内稳定性进行剩余可靠度计算,并对影响稳定性可靠度的主要参数进行了灵敏度分析。以随机变量和随机场表示现状荷载(汽车荷载、人群荷载、桥面二期恒载和结构自重)及结构参数(主拱圈弹性模量)。用作者提出的基于线性回归的随机场离散方法离散上述随机场,以有限元稳定分析的解作为复杂结构的隐式功能函数。上述功能以及失稳特征值对基本变量的梯度计算均已包含在作者开发的可靠度随机有限元程序RESFEP中。分析给出此桥稳定性可靠度值。灵敏度分析表明:在各随机变量中,拱肋弹性模量随机场离散变量对拱桥可靠度指标影响最大,汽车荷载随机场离散变量次之;在各随机变量的均值和标准差中,拱肋弹性模量随机场离散变量均值和标准差对拱桥可靠度影响最大,汽车荷载随机场离散变量的均值和标准差次之。     

不确定性系统的TMD控制

本文讨论了受白噪声激励的不确定性单自由度系统在调频质量阻尼器（TMD）的控制下的减振效果。系统的不确定性被模拟作高斯随机变量且与时间无关。分别用蒙特卡洛法和纽曼扩展的模拟方法计算了系统的响应统计，并用非线性优化方法对TMD的参数进行了优化。结果表明采用纽曼扩展的模拟算法与蒙特卡洛法预测不确定性程度高的系统响应效果一致，且能节约大量的计算时间。参数的不确定性对TMD的控制效果是有影响的。对于不确定性程度大的系统，概率调频比确定性调频更有效果。     

基于模态频率特征的浮钳盘式制动器盘块间法向接触刚度辨识方法

盘式制动器广泛应用于交通工具和工业装备,在制动过程中出现的摩擦振动噪声和制动盘与制动块之间的接触摩擦作用有密切关系。由于受到多种因素影响,建立准确的制动器关键零件接触关系仍是当前制动器振动噪声研究的难点。基于接触刚度能够影响系统刚度从而改变制动盘模态频率的动力学特性,针对乘用车浮钳盘式制动器,提出一种基于模态频率特征的制动器盘块间法向接触刚度辨识方法。应用锤击模态试验测得不同制动压力条件下制动盘各模态的频率特征;基于ABAQUS软件建立约束条件下制动盘与制动块装配体的有限元模型,在1~10 kHz范围内对该模型进行前7阶面外模态频率分析,辨识得到制动盘与制动块之间的法向接触刚度,并对接触刚度变化原因进行了分析。结果表明,随着制动压力的增加,由于制动块摩擦材料的孔隙度减小,接触刚度增大;随着制动盘模态阶次的提高,由于制动盘与制动块在谐振状态时其接触面积发生变化,接触刚度会先增大然后基本保持不变。该方法可用于建立准确的制动器盘块间接触关系,以开展制动器振动噪声仿真分析,能够提高计算精度,保证分析结果的可靠性。     

复合随机振动系统的动力可靠性矩独立重要性测度及态相关参数解法

针对激励与结构参数同时存在不确定性的复合随机振动系统,由随机结构无条件动力可靠度表达式出发,利用条件概率密度函数解析变换给出衡量基本随机变量对动力可靠性影响的矩独立重要性测度指标。该指标可表征不确定性随机变量对动力可靠度响应量分布的平均影响程度,可全面反映随机变量对响应分布影响。基于状态依存参数模型,提出求解矩独立重要性测度指标的态相关参数(SDP)法。利用算例分析结构动力可靠性参数的矩独立重要性测度,并与直接Monte-Carlo法对比。所提方法可在保证计算精度同时大幅度提高计算效率,适用于分析复合随机振动系统非线性可靠性响应。     

桑塔纳2000轿车制动系统设计

本次设计题目为santana2000轿车制动系统设计。说明书中首先介绍了汽车制动系统的现状、发展以及制动系统方案的分析与选择,并通过对鼓式制动器和盘式制动器的结构特点及优缺点进行分析。确定本设计方案采用前盘后鼓式的双回路制动系统。本设计还根据桑塔纳2000轿车的车型特点进行参数选择。说明书中还主要介绍了前后制动器的设计计算,制动器主要部件的参数选择,制动驱动机构的设计计算以及对确定选用X型管路布置等进行介绍。说明书的最后对本设计的制动性能进行了全面分析。     

非线性接触状态下的盘式制动器制动噪声分析

针对盘式制动器的制动噪声问题,建立盘式制动器的动力学仿真模型。首先对盘式制动器制动时的瞬态结构进行分析,然后根据制动盘与摩擦片在制动过程中的接触状态,将制动盘与摩擦片之间的接触面划为4个具有各自特征的接触区域,每个接触区域对应不同的接触应力。仿真过程中,分别将各接触区域相应的接触应力作为输入载荷进行加载,通过复特征值法的有限元仿真分析,得到制动器不稳定模态的分布及其振型,进而得到可能产生制动噪声的频率。最后通过制动试验,验证仿真结果的正确性。结果表明,盘式制动器的制动过程是一种非线性的接触过程,过大的非均匀分布的接触应力及其非线性变化将导致制动噪声,噪声频率主要分布在1 500 Hz～2 100 Hz之间。     

基于Kriging代理模型鼓式制动器稳定性的优化设计

针对鼓式制动器出现的制动噪声问题,引入Kriging代理模型,对鼓式制动器稳定性进行优化设计。采用最优拉丁超立方设计(optimal Latin hypercube design, Opt LHD)生成样本点数据,代入鼓式制动器有限元模型进行求解,生成Kriging代理模型和进行代理模型的精度检验。以摩擦衬片、制动鼓和制动蹄的杨氏模量为设计变量,以加权不稳定倾向系数为目标函数,建立了鼓式制动器稳定性的优化设计数学模型。采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm, MIGA)进行优化设计。结果表明:引入Kriging代理模型可以大大提高鼓式制动器稳定性优化的求解效率;通过优化设计能够提高鼓式制动器的稳定性,抑制制动噪声。     

汽车盘式制动器稳定性及非线性动力学分析

针对汽车盘式制动器摩擦产生振动的问题,提出了考虑时变摩擦系数的制动盘和摩擦片耦合的两自由度简约模型。基于劳斯赫尔维茨标准,分析了制动器模型的稳定域和不稳定域,并辨识了参数取值范围和共振频率。采用具有物理意义的参数数值,阐述了模型中不同角度与极限环稳定性和幅值的关系。基于两个参数的分岔图,分析了制动器系统的非线性动力学特性,证明了该系统存在混沌现象。分析结果表明摩擦片的质量、刚度及制动盘的转速等因素对制动器系统稳定性影响较大,为合理设计制动器系统及控制其振动提供理论依据。     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析EI北大核心CSCD

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法。基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征地震动的不确定性;采用基于数论的部分分层抽样方法对地震动-结构随机变量抽样,从而对桥梁非线性随机地震响应进行模拟,减小桥梁随机地震响应分析中的抽样方差;以一座实际高墩连续刚构桥为数值算例,对其进行了非线性随机地震响应分析,详细研究了桥梁结构不确定性和随机参数相关性对其地震可靠度的影响。研究结果表明:随机地震作用下,桥梁随机地震响应是典型的零均值非平稳随机过程,从地震动开始到结束,桥梁结构地震响应概率密度曲线存在由窄边宽,再由宽变窄的演化过程;随机地震作用下,桥梁结构关键响应的平均峰值因子存在一定差异,其通常在1.8~2.2变化;桥梁结构不确定性和随机参数相关性对高墩桥梁地震响应极值分布和地震可靠度的影响较为显著,忽略桥梁结构的不确定性和随机参数相关性将高估桥梁结构的地震可靠度。     

简谐激励下制动器尖叫噪声的因素分析

为减小盘式制动器工作过程中产生的高频尖叫噪声,根据制动器工作原理建立动力学模型和三维实体模型,考虑到接触表面作用力的复杂性,针对接触表面的不平顺特性用谐波激励进行模拟,采用谐响应分析理论研究阻尼、相位差和正压力因素对尖叫噪声的影响。分析表明,增大系统阻尼既降低共振幅值又减小系统共振频率;适当控制谐波载荷的相位差能有效减小尖叫噪声;正压力的大小影响尖叫噪声的响度但与尖叫频率无关。从简谐激励角度对于尖叫噪声影响因素的研究对于改善制动系统工作状态,优化汽车的NVH特性具有一定理论和实践意义。