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氧化鋁涂層輕質(zhì)制動盤的優(yōu)化

巨大的法規(guī)壓力要求汽車行業(yè)減少車輛的排放量，因此需要通過尋找不同的方式來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，如采用鋁合金等輕質(zhì)材料。最近一個備受關(guān)注的領(lǐng)域就是用鋁合金制動盤來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄鐵制動盤。鋁合金制動盤存在的問題是由于其500°C的低熔點(diǎn)導(dǎo)致過熱和軟化。

采用鋁合金復(fù)合材料制動盤的車型是蓮花路特斯，該車質(zhì)量達(dá)到650kg時，可滿足所需的性能。然而，最主要的挑戰(zhàn)是如何將這樣一個輕質(zhì)制動盤應(yīng)用到大批量生產(chǎn)的中小型客車上。采用如鋁合金這種輕質(zhì)材料制成的制動盤可以比傳統(tǒng)的鑄鐵制動盤減輕2/3的質(zhì)量，通常每個制動盤可減輕3kg。此外，鋁制動盤還具有其它諸如減輕制動抖動和降低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。

對于輕質(zhì)制動盤的試驗(yàn)和數(shù)值研究表明，相比于無涂層的鋁合金復(fù)合材料，具有氧化鋁涂層的鋁合金能有更好的熱學(xué)和摩擦學(xué)性能。此外，鋁合金制動盤的生產(chǎn)成本要比鋁合金復(fù)合材料的生產(chǎn)成本低很多。同時，軸對稱熱有限元分析方法已被證明是一個在汽車制動試驗(yàn)中能夠高效、準(zhǔn)確地預(yù)測制動盤表面溫度的方法。

許多學(xué)者采用不同的方法研究輕質(zhì)制動盤的熱性能，但很少有人基于一個正式的優(yōu)化分析方法來研究其性能。田口將試驗(yàn)設(shè)計（DOE）定義為一個為達(dá)到預(yù)期目的而有效和可靠地評價所有可能組合參數(shù)的過程。田口分析方法用來分析各種制動盤參數(shù)對其熱性能的影響，然后對輕質(zhì)制動盤進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。因?yàn)檫@種分析很難對每個變量的組合進(jìn)行數(shù)值模擬，所以元建模技術(shù)是常用的。這涉及到對特定的樣本點(diǎn)空間進(jìn)行模擬分析，并對優(yōu)化分析的表面有足夠準(zhǔn)確的擬合響應(yīng)面。

在目前的研究中，采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究方法探究車輛上使用鋁合金涂層制動盤的可能性。使用已被驗(yàn)證過的有限元模型數(shù)值模擬了汽車質(zhì)量對制動盤極限溫度的影響。田口分析方法的目的是評估各種設(shè)計參數(shù)對熱性能的影響，并對結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析。

Abdulwahab A. Alnaqi et al. SAE 2014-01-2501.

編譯：張?zhí)K鐵