1、本科毕业论文（20届）大冲击摩擦耗能装置结构设计所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月1摘要摘要本文介绍了一种新型桥梁防撞装置。它通过摩擦耗能装置把船舶的动能转化为力与距离的乘积，以空间换能量，从而保证桥梁的安全。本论文从摩擦学的起源开始讲起，介绍了当前摩擦耗能装置在市面上的主要应用，然后通过对桥梁防撞的问题的分析以及目前常用的桥梁防撞装置的介绍引出一种新型桥梁防撞装置，进而引出本文的主题大冲击摩擦耗能装置的结构设计。为了是其能承受能量转化时形成的高温，本文选用碳碳复合材料做为该装置的摩擦耗能材料，因而本文也简单的介绍了碳碳复合材料的一些特性。本论文主要内容
2、是设计一种能提供一定恒阻力的摩擦耗能装置，该装置能在一定的磨损量内保持正常工作，并能把巨大的动能如船舶的动能转变为热能。本文对该装置的各个部分进行设计，并使用三维设计软件对其建立模型，给设计带来便利。设计的装置具有结构简单工作稳定，使用寿命长等优点。在本文的最后介绍了有限元分析的一些基础概念和用ANSYS有限元分析的基本流程，并利用ANSYS软件对该装置的主要部件进行了有限元分析。关键词桥梁防撞；摩擦耗能；恒阻力；碳碳复合材料。2ABSTRACTTHISPAPERINTRODUCESANEWTYPEOFBRIDGEPROTECTIONDEVICEITMAKETHESHIPSKINETICENE
3、RGYINTOTHEPRODUCTOFFORCEANDDISTANCETHROUGHTHEFRICTIONENERGYDISSIPATIONDEVICES,USINGSPACEINSTEADENERGY,SOASTOENSURETHESAFETYOFTHEBRIDGETHETHESISSTARTSFROMTHEORIGINOFFRICTION,INTRODUCESTHEMAINAPPLICATIONOFTHEFRICTIONENERGYDISSIPATIONDEVICESINTHEMARKETCURRENTLY,THENTHROUGHANALYZINGTHEPROBLEMOFTHEBRIDGE
4、PROTECTIONANDTHEINTRODUCTIONOFTHEAPPLICATIONOFTHEBRIDGEPROTECTIONDEVICECURRENTLYLEADTOANEWBRIDGEANTICOLLISIONDEVICE,THENDRAWOUTTHETHEMEOFTHEDESIGNOFFRICTIONENERGYDISSIPATIONDEVICESUSEDINLARGEIMPACTINORDERTOBEABLETOWITHSTANDTHEHIGHTEMPERATUREFORMEDINENERGYCONVERSION,WECHOOSECARBON/CARBONCOMPOSITESAST
5、HEMATERIALOFFRICTIONSLICES,THUSWEHAVEINTRODUCEDSOMESIMPLEFEATUREOFTHECARBONCARBONCOMPOSITEMATERIALINTHISPAPERTHEMAINCONTENTOFTHISTHESISISTODESIGNAKINDOFFRICTIONENERGYDISSIPATIONDEVICESTHATCANPROVIDECONSTANTFRICTIONRESISTANCE,THEDEVICECANMAINTAINTOWORKINACERTAINAMOUNTOFWEAR,ANDCANMAKETHEHUGEKINETICEN
6、ERGYSUCHASTHEENERGYOFTHESHIPSINTOHEATENERGYVARIOUSPARTSOFTHEDEVICEISDESIGNED,ANDUSINGTHREEDIMENSIONALSOFTWAREFORDESIGNINGTHEMODELINGOFTHEDEVICE,ITWILLBEBENEFITFORDESIGNANDMANUFACTURINGTHEDEVICEHAVESIMPLESTRUCTURE,STABLEOPERATION,LONGSERVICELIFE,ETCINTHELASTOFTHISPAPER,WEINTRODUCESOMEBASICCONCEPTSOFT
7、HEFINITEELEMENTANALYSISANDTHEBASICPROCESSESOFHOWTOUSEANSYS,THENWEUSETHESOFTWAREOFANSYSTOANALYZETHEMAINCOMPONENTSOFTHEDEVICEKEYWORDSBRIDGEPROTECTION；FRICTIONENERGYDISSIPATION；CONSTANTRESISTANCECARBONCARBONCOMPOSITEMATERIAL3目录摘要1目录31引言411毕业设计背景、意义412毕业设计所作的工作62大冲击摩擦耗能装置结构设计721大冲击摩擦耗能装置的工作原理822摩擦耗能装置的主
8、要部件尺寸设计9221摩擦片装置的尺寸设计10222键的选择12223摩擦片的校核13224钢丝绳的选择133装置机械部分零件结构设计144主要部件的有限元分析2241有限元分析理论2242ANSYS有限元分析的基本流程22421ANSYS前处理过程22422ANSYS分析计算23423ANSYS后处理过程2343摩擦片装置的简化分析23431摩擦片装置结构23432摩擦片装置结构简化24433摩擦片装置的载荷与约束分析25434摩擦片装置的材料定义2644摩擦片装置的有限元分析27441网格划分27442摩擦片装置位移刚度分析284443摩擦片装置应力应变分析295结论与展望31附录错误未定
9、义书签。1引言11毕业设计背景、意义自古以来，人类生活和生产就与摩擦有这紧密的联系,早在数千年之前人们就已经明白了一些简单的摩擦学原理,例如人们常利用滚动来减小摩擦从而搬运一些笨重的东西。大约在一两千年之前人们在房屋建筑等中首次出现摩擦减振。从1972年JTPYAO姚冶平提出结构振动控制的概念开始，人们进入了对摩擦耗能器在土木工程中的应用系统的研究制造阶段1。人们很早就已经认识到两个相互接触的固体进行相对滑动时会产生摩擦阻力。这种阻力与物体的运动方向相反，在机械中能得到很好的利用。在某方面来说，摩擦装置就相当于自动阻尼器。就是在这种思想的影响下，PALL于1982年提出了提高房屋结构的抗震性能
10、可以用摩擦耗能器来实现的说法，随后他设计出了一种可应用于房屋抗震的有限滑动螺栓装置2。我国也很早的就在这个领域开展了研究，叶燎原等于1988年立足我国的实际情况，从我国现有状况出发提出了钢筋砼支撑钢板一橡胶摩擦耗能装置。该装置不仅造价比较低生产加工比较容易而且性能很好，因而很合适在我国推广使用3。同年，陈宗明他们设计制造的摩擦剪切铰装置的减震效果也非常的不错。1997年欧进萍等人在PALL提出摩擦耗能的观点上设计出了应用于土木工程中的组合钢板摩擦耗能器4。另外，在1998年周云等人相继设计出了双环摩擦耗能器、圆环摩擦耗能器以及弹塑性一摩擦复合耗能器等多种新型实用的摩擦耗能装置5。1999年，东
11、南大学的王曙光等人研制出一种新型弹塑性一摩擦复合耗能装置6，该装置由摩擦元件以及用于耗能的圆环组成，能同时利用外部的弹塑性变形耗能的能力和内部的摩擦耗能能力。没有桥梁之前，航道是畅通的，有了桥梁之后，桥墩也伴随着出现，航道上也就出现了障碍物，从而出现了大量的船撞桥梁事故，因此展开船桥碰撞以及桥梁防撞的结构形式的研究就变得十分的重要。7国内外的众多学者作了大量的现场调查和统计分析如PARAMORE对人为因素导致船撞事故的影响进行5的分析，以及DAYTON对美国发生的81L起内陆河船撞桥事故的调查。经过对各种统计结果的分析可知，造成碰撞事故的因素一般说来，主要有以下几种人为操作失误、船舶机械失效、
12、不利的通航条件、航道设计不合理。对于桥墩防船撞的措施，研究者们提出了许多种方案，国际上主要分为五类有（1）人工岛；（2）桩群；（3）护桩；（4）缆索拦截；（5）浮围。8其它还有一些常用的桥梁防撞装置如围堰、半围堰、复合钢浮围等，均具有较好的防护效果。但是这些防撞系统的缺点也很明显那就是要直面船舶的巨大动能，并且防护设施或多或少与桥墩直接接触，导致船的撞击力可能会通过防护设施传到引桥桥墩上。结合本课题大冲击摩擦耗能装置结构设计，我将设计一种应用于桥梁防撞系统中的摩擦耗能装置即自适应恒阻力缆索防船撞装置。该装置由独立防撞墩、自适应浮筒和恒阻力缆索（拦截网）组成。恒阻力缆索（网）由高强度尼龙绳编制而
13、成，为了达到恒阻力，则需要把缆索绕在一个装有摩擦耗能器的滚筒上，该摩擦耗能器能提供一定的恒阻力，当船舶撞击该拦截系统，船舶首先推动拦截网最外侧的绳索，如果在船撞力作用下，该绳索没有沿着船体向下滑动（滚动），绳索就可以拦住船舶，并与之一起运动，并通过摩擦耗能器提供的恒阻力把船的动能转化为力与距离的乘积，实现了以空间换能量的想法，与传统防撞装置相比不仅大大降低了成本而且适用范围更广。但是，由于船舶撞击时动能十分巨大，所以摩擦耗能装置处所产生的热能也就会变的很高，因而找到一种能耐高温的性能稳定的耐摩擦材料十分重要。而我这次将选择碳碳复合材料作为摩擦耗能装置的摩擦片。碳碳复合材料是一种碳或石墨的基体采
14、用碳或石墨的纤维来增强的复合材料。它具有十分独特的性能高比强、高熔点、高比模、高导热性、高比热容、低热膨胀系数、低密度，以及相对较低的磨损率，同时其耐热冲击性也优于其他所有的摩擦材料，这些种种的性能决定了它能同时的完成刹车副的三项功能提高摩擦、传递机械的载荷以及吸收动能，因此其又被称为结构碳材料。其较之金属材料和陶瓷材料更优的比强度和耐高温性能，使其在需要高温的结构材料的地方拥有广阔的前景。9与传统的钢刹车盘相比,用碳/碳复合材料制成的刹车盘重量更轻、承载能力更高、抗热冲击性能更好,其可在1002000温度下正常工作且不易产生变形、掉块、粘接,可维护性好,使用寿命长。10碳/碳复合材料平均的线
15、磨6损为10错误未找到引用源。MM/面次左右,仅相当于粉末冶金材料的1/10,耐磨性明显优于现有其它刹车材料。其平均磨擦系数为错误未找到引用源。11大量的研究表明CC复合材料在摩擦的过程中会出现摩擦转变，对于这种转变的出现，不同的学者持有不同的观点，总的来说，可以分为以下4种（1）由于摩擦膜的变化导致的摩擦转变；（2）由水和氧的解吸附导致的摩擦转变；（3）磨屑的氧化导致的摩擦转变；（4）应力集中导致的摩擦磨损转变。1213刹车盘的非滑动摩擦部位，需要涂有抗氧化涂层。在500800这个区段CC材料的氧化速率将随温度的升高而迅速的增加。抗氧化的目的和方法有很多种。但总的来说，抗氧化处理时应当考虑到
16、以下几点1要维持一段时间的工作温度；2CC材料在使用过程中将经历从室温到工作温度在回到室温的多次热冲击作用；3考虑工作环境中的水分和气体中CO，CO及其他污染的作用；4刹车副工作温度范围以及工作特点等。1412毕业设计所作的工作本次设计的工作是一个大冲击摩擦耗能装置的结构设计。具体的内容如下1熟悉现有的各种摩擦耗能装置的原理及相关背景知识。2了解传统的桥梁防撞的方法并比较其优缺点。3查阅与C/C复合材料相关的文献资料并了解其摩擦磨损性能。4完成基于摩擦耗能原理的抗大冲击装置结构设计，及相关的计算。5利用软件完成重要部件的受力分析并优化结构。6熟悉PRO/E软件，并且设计大冲击力摩擦耗能装置的三
17、维实体模型，完成二维装配图和主要部件工程图。7整理、撰写毕业设计说明书。72大冲击摩擦耗能装置结构设计为了拦截具有巨大动能的船舶，人们已经提出了桥梁抗船舶撞击拦阻索系统如日本本州四国连通桥，该拦阻索系统是将浮体和链条或钢丝绳、铰链相互连接而成，浮于水面或水中。船舶撞击索链或浮体时，浮体之间的索链挡拉住冲撞的船舶，船舶和浮体一起移动，而浮体拖着锚锭和沉块，锚锭和沉块可在水底移动几十至上百米，锚锭和沉块在水底的土中可产生很大的拖阻力，所以该系统可完全吸收船舶的巨大动能。这类索链拦阻拖锚式防撞设施优点在于即使在水深较大的水域,造价也相对很低,它以较大位移量来吸收冲撞船的能量。但是该拦截系统对船舶的拦
18、截阻力来至于重力锚和沉块在水底的滑动摩擦力，这种滑动摩擦力不仅随着水底表面地质条件和地貌的变化而改变，而且随着时间增加而增大（时间增加，重力锚和沉块将沉入地表的深度将增加，导致阻力增大）。拦截系统对船舶的拦截阻力的变化，导致对拦截系统设计要求的改变。例如，拦截阻力的增大，要求采用更粗壮的拦截网和更粗壮的锚链，同时对船舶将产生更大的作用力，加大对船舶的损害。为此，我设计了一种应用于”自适应恒阻力缆索防船撞装置”（图21）中的大冲击摩擦耗能装置，该装置是一种新型的应用于桥梁防撞系统中的耗能装置，能提供恒定的阻力，并且该力的大小可调。图21自适应恒阻力缆索防船撞装置821大冲击摩擦耗能装置的工作原理
19、该装置工作原理是根据刹车机构原理设计而成（图22所示）。该装置主图22大冲击摩擦耗能装置要由一个滚筒，以及两边两个对称的装有耗能装置的箱体组成。以左侧箱体上部分（图23）为例，其内主要包含了1推杆，2左刹车片装置，3右刹车片装置，4刹车片固定杆以及5刹车盘。图23工作时，先用扳手使推杆转动（图24），推杆转动后通过推杆前端与摩擦9片外套相连的螺纹（图25）带动图24中的右侧摩擦片向中间摩擦盘方向移动。当右侧刹车片接触到中间刹车盘后，由于刹车盘给的反向作用力随着推杆的转动，推杆向右移动，从而通过导套带动左边与导套相连的刹车片向中间图24图25的刹车盘处移动，当左右两侧的刹车片都与刹车盘接触后随着
20、推杆旋转的继续，左右两个刹车片上同时受到相同的正压力，从而提供摩擦阻力，而随着压缩量以及弹簧的选择的不同，所提供的正压力可以简单快速的调节。22摩擦耗能装置的主要部件尺寸设计本次所设计的装置是按110的比例缩放下来的实验装置，其工作环境为耗能量2000焦耳；钢丝绳拉伸距离10米；摩擦片上的摩擦力200牛顿；所以摩擦力拉伸距离200牛顿10米耗能量2000焦耳。由图41可知，该装置左右对称，且每个摩擦盘受到上下左右四个一样的摩擦片的同时挤压，因而每个摩擦片所许提供的摩擦力为总摩擦力的八分之一，既25N。本次10实验所选的摩擦材料为碳/碳复合材料，其磨损率为10错误未找到引用源。MM/（面次），摩
21、擦系数0203，取02，故每片摩擦片所需提供的正压力为FF/25/02125N221摩擦片装置的尺寸设计不带螺纹的摩擦片装置，由摩擦片及其外套，两根弹簧一个摩擦片端盖以及4个连接螺钉组成（图26）。图26选取弹簧TM8X10型，其自由长度为10MM,刚度为425N/MM，最大压缩量为32MM，每次工作及消耗掉2000焦耳能量刹车盘的磨损量为T2滚筒转过的圈数磨损率滚筒装过的圈数10错误未找到引用源。318取滚筒装过的圈数为32圈，则T232错误未找到引用源。0064MM11取T006MM，设每根弹簧工作时所受到的始末状态的力分别为错误未找到引用源。得由上述两个方程可以计算出错误未找到引用源。6
22、1225N，从而可以得出工作时弹簧的始末压缩量为错误未找到引用源。/K63775/425150MM错误未找到引用源。/K61225/425144MM所以不工作时弹簧的压缩量应小于144MM，即其预紧力错误未找到引用源。K错误未找到引用源。612N，取错误未找到引用源。425N。由于摩擦片外套及端盖之间的连接无垫片，故选错误未找到引用源。值为03，则每根螺栓的总拉力错误未找到引用源。为错误未找到引用源。错误未找到引用源。（4250321275）/22445N然而考虑到螺栓在总拉力错误未找到引用源。的作用下可能需要补充拧紧，故将总拉力增加30以考虑扭转切应力的影响。于是螺栓危险截面的拉伸强度条件为
23、所以错误未找到引用源。050MM取错误未找到引用源。如图27。图27对于带有螺纹的摩擦片，其螺纹孔（图28）的大小可根据倒杆的选取来12确定，其直径错误未找到引用源。的大小为错误未找到引用源。23取错误未找到引用源。图28222键的选择键连接的主要类型有平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向连接。这里我选用平键连接中的普通平键，其所需传递的转矩T为TF错误未找到引用源。10NM其连接的强度条件为错误未找到引用源。错误未找到引用源。由于轴直径为14MM，所以选用B错误未找到引用源。5错误未找到引用源。的键，故其长度L为L错误未找到引用源。259MM取L为8MM。223摩擦片的校核本装置所选用的摩擦
24、片材料为碳/碳复合材料，其密度为18错误未找到引用源。，比热为0223J/错误未找到引用源。，其摩擦片的体积错误未找到引用源。为错误未找到引用源。错误未找到引用源。2）357332错误未找到引用源。36错误未找到引用源。其质量错误未找到引用源。为错误未找到引用源。648G摩擦盘的体积错误未找到引用源。为13其质量错误未找到引用源。为摩擦耗能处的总质量M为M错误未找到引用源。46152G每次工作既消耗2000J能量，摩擦片将会上升的温度为假设初始温度为20错误未找到引用源。，则工作后温度将升高到4103错误未找到引用源。而这个温度远远低于所选用的碳/碳复合材料的失效温度2000错误未找到引用源。
25、，所选用的材料合理。224钢丝绳的选择本装置钢丝绳主要是用于拦截船舶的，其粗细主要由所受的力的大小决定，而在这次试验装置上钢丝绳所受的力为200N，故其直径错误未找到引用源。为错误未找到引用源。21MM取错误未找到引用源。34MM。3装置机械部分零件结构设计箱体用于内部零件的固定安装，因此要求又一定的承载能力并开有安装孔等。箱体为上下对开方式。14图31箱体三维零件图图32箱体二维零件图15摩擦盘耗能装置的主要运动部件，要求又良好的摩擦性能以及热稳定性，尺寸应稍大以提高质量，减少温度的上升量。图33摩擦盘三维图图34摩擦盘二维图16摩擦片外套摩擦片外套是用于安装摩擦片并使之只能在水平方向移动的
26、装置，同时通过螺纹、推杆等带动摩擦片向中间的摩擦盘出运动，是两边摩擦片受到相等的正压力。图35摩擦片外套三维图图36不带螺纹的摩擦片外套二维图17图37带螺纹的摩擦片外套二维图摩擦片摩擦片与摩擦盘接触，并提供摩擦力，是装置的主要耗能部件，由于要保证其无法旋转，故其安装固定部分做成方形。图38摩擦片三维图18图39摩擦片二维图滚筒滚筒是用于放置钢丝绳，以及把外界的能量通过键这类连接部件传递到摩擦盘上。图310滚筒三维零件图19图311滚筒二维零件图挡块挡块把滚筒的能量传递到摩擦盘上，使之与滚筒一起转动，并同时挡住轴承的径向移动。图312挡块的三维零件图20图313挡块的二维零件图其他部件还有，摩
27、擦片端盖，箱体盖如下图所示等。图314摩擦片端盖三维零件图21图315箱体盖三维零件图4主要部件的有限元分析41有限元分析理论将一个系统分解成由若干个相互连接的、独立、简单的点组成的几何模型，并用有限元的方法去分析这个模型就叫做有限元分析。在这个假定的几何模型中这些点的数量是有限的，因此被称为有限元。从某方面来说，有限元法就是计算机模拟技术的一种，让人们在没有实体之前可以先在计算机上用软件来模拟该实体在工程问题上发生过程。有限元分析的优点在于它能让人们在图纸的设计阶段就能够在计算机上观察到将来的成品在使用时会出现一些什么样的问题，避免了以前只能做出样品然后进行实验的问题，可以在很大的层面上降低
28、产品的研究看法成本，减小产品的设计时间。结构的优化，如结构形状的最优化，结构强度的分析，振动的分析等是有限元分析法在工程中最主要的应用形式。152242ANSYS有限元分析的基本流程ANSYS软件是FEMFINITEELEMENTMETHOD，有限元法界中大型通用有限元分析软件，是融结构、热力学、流体、电磁和声学等于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、铁路与公路交通、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车、电子与家电、国防军工、造船、生物医学、轻工业、地矿、水利水电，以及土木建筑工程等方面的工程技术力学问题求解，以便指导其工程设计。软件主要包括三个部分前处理模块，分析计算模块和后
29、处理模块。421ANSYS前处理过程（1）建立有限元模型所需输入的资料，如节点坐标，单元内节点排列次序等。（2）定义材料属性。材料模型的抽象与定义式简历有限模型的重要部分，用户需要依据专业知识来表达材料特性，并从ANSYS材料库中选择合适的材料模型来完成材料的建立。（3）进行网格划分（节点及单元，生成有限元模型）主要包括单元形状的选择，单元实常数的定义，单元属性的分配，选择网格划分工具，优化网格单元。（主要分为自由网格划分FREE、映射网格划分MAPPED、扫略网格划分SWEEP）（4）模型局部调整422ANSYS分析计算（1）施加载荷载荷主要包括力，表面载荷，体积载荷，惯性载荷以及耦合场载荷
30、等。根据分析实际情况选择相应载荷类型。（2）施加边界条件及求解边界条件有DOF约束等，求解时需要选择分析类型。执行当前荷载CURRENT，按荷载步执行LS。423ANSYS后处理过程ANSYS的后处理器POSTI和POST26进行计算结果的可视化后处理的操作方法，同时结合结果的分析与评价介绍报告生成器的使用方法。后处理的主要功23能有结果的文字输出RESULTLIST、结果的云图输出RESULTCONTOUR、结果的矢量输出RESULTVECTOR、结果的路径输出RESULTMAPPING、ELEMENTTABLE的提取、LOADCASE及其组合。POST1用于静力结构分析，屈曲分析及模态分析
31、，将求解所得部分结果，如变形，应力，内力等资料，通过图形窗口以各种不同的表达方式把变形图，应力图等显示出来。POST1包括变形图的绘制，等值线图的绘制，路径的定义和使用，动画显示。POST26仅用于动态结构分析，在本文中不做详细介绍。43摩擦片装置的简化分析431摩擦片装置结构摩擦片装置主要由摩擦片、摩擦片外套，弹簧以及摩擦片端盖组成如图41。两根弹簧固定在摩擦片的两端，并通过端盖使它和摩擦片紧紧的压缩在摩擦片外套内。摩擦片外套与端盖通过四个M2的螺钉连接在一起，摩擦片装置上中间偏上位置开有孔可供D6MM的导杆通过，在往上则开有两个可供D2MM通过的导杆，使其与箱体相连，并只能在水平方向移动。
32、图4124432摩擦片装置结构简化在工作状态下，摩擦片所受的力通过弹簧传递到摩擦片端盖上，然后通过螺钉传递到整个摩擦片上，其正压力125N平均的分布在摩擦片上而这个力通过上端的导杆承受，使之保持平衡。可把装置简化成如图42。图42在摩擦片简化结构分析中，有如下几个假定条件1、为了是模型及其计算结果反映实际情况，建模时三维实体模型与几何模型在尺寸和形状上一致以保证模型的精确度。2、为了减少计算机的计算量，以及在ANSYS软件中顺利进行网格划分，在保证摩擦片装置主体受力状态不变的情况下，去掉其上的附属零件（包括连接件、紧固件等）及其相应的孔。3、因为该摩擦片装置上主要部件均为焊接、机械固定等方式而
33、成。所以在ANSYS建模中做了钢化处理，视整个摩擦片为一个刚性整体，有利于网格划分。433摩擦片装置的载荷与约束分析在模型分析中，忽略温度带来的应力影响。摩擦片装置所受载荷与约束如下图43所示载荷原始数据F125N,S错误未找到引用源。314错误未找25到引用源。图43434摩擦片装置的材料定义摩擦片装置的两侧受力材料为GCR15，经查相关资料得弹性模量EX208E5，泊松比PRXY03，屈服应力S900MPA，强度极限80GPA；导杆材料为GR40，经查相关资料得弹性模量EX211E5，泊松比PRXY03，屈服应力S785MPA，强度极限80GPA。如图44所示。根据材料的不同在后面的有限元
34、分析中定义不同的材料属性。由于两侧材料与导杆不同，需要分开定义。本次研究将摩擦片外套与摩擦片视为一个整体，以相加命令定义同种材料，再将单独定义的导杆用连接命令结合为一个整体进行计算。在后面的计算中，需要统一单位制，所以在材料的参数中，都以国际单位制进行统一，以方便后面的计算，并使结果准确。26图4444摩擦片装置的有限元分析441网格划分将模型由PRO/E中以IGES格式导入ANSYS软件中。启动网格划分工具MESHTOOL，注意单元、节点编号，对装置的部件定义对应的材料，采用TELFREE划分。同时检查有限元模型，防止重合节点，裂缝和单元扭曲等，当有限元网格划分完成后，还必须对整个网格模型进
35、行检查，从而保证结果的真实性。网格划分结果如图45所示27图45442摩擦片装置位移刚度分析施加之前所述的两侧有个125N的载荷和约束，摩擦片装置产生了弯曲变形，两侧下端的变形位移最为突出。其中最大偏移量S0013005MM。同时从图上可以看出，摩擦片整体歪曲变形并不是一个方向的，而是沿着各自的受力方向朝两边弯曲的。如图46所示，模架主支撑件位移变化图所显示的，红色区域为位移最大部分，自上而下位移量逐渐增加。而其受力方向的上的自身变形量如图47所示。图4628图47443摩擦片装置应力应变分析为了在ANSYS划分网格得到更好的网格和效率，在简化模架模型时，删去了部分连接件与紧固件，所以在分析应
36、力时，部分地方会导致应力集中现象。这种应力集中现象不会影响整个结构的分析和结论的精确性。从节点等效应力VONMISESSTRESS分布云图48所示，应变如图49所示。载荷产生的应力应变主要集中在摩擦片装置中心圆的表面附近。同时，在导杆位置特别容易产生应力集中，这在生产加工工艺时需要引起注意，并加以改进。图4829图49（注上述有限元分析的截图中显示的都是放大了38错误未找到引用源。后的结果）305结论与展望历时两个多月的努力，我的毕业设计终于接近尾声，随之而来的将是大学生涯的圆满结束。在这次设计过程中不仅把以前四年的知识巩固复习了一下，还学到了一些新的东西，可以说既有喜悦又有辛酸，喜得是在工作
37、之前能再有一次这样的机会来把四年的理论知识运用到实际上，可以说这是走向社会的一次实战模拟，能完成它就是对我四年学习的一种肯定。但单独设计一个整体的、完整的、可以投产的机器，我还是感到较大的难度的，因为它涉及知识面广，工作量大，在设计中也感到任务的艰巨。本次设计的内容是大冲击摩擦耗能装置设计，具体设计包括成形装置的机械部件的结构设计，AUTOCAD和PROE建立零件模型以及相关的装配图的绘制，以及后期的有限元分析。虽然在设计过程中遇到很多困难，但毕竟给我带来了很多有价值的东西，这套机器的整体不仅仅光是机械部分的，还涉及到复合材料的选择等，通过设计翻阅大量资料，对力学、材料及有限元分析方面的知识有
38、了更进一步的理解，锻炼了运用资料及查阅文献和设计手册的能力，这些也就是此次设计的最大收获。毕业设计是我在大学学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程有助于培养自己的学习能力和独立工作能力。通过本次毕业设计，我感到自己应用基础知识及专业知识解决问题的能力有了很大的提高，因此，是在我即将工作之前，它是一次重要演练。我想，通过这次毕业设计，到了工作单位后，我将能够更快的适应工作岗位和工作要求。我对自己充满信心。毕业设计是大学里最后一次真正学习的机会。在设计中几乎用到了大学里所有的基础知识。最后感谢在设计过程中帮助我的同学，特别感谢刘
39、军老师对我孜孜不倦的指导和教诲。31参考文献1王晓天,邹向阳,刘丽华,王玉英,王树范摩擦耗能器发展概况评述J长春工程学院学报（自然科学版），2008，9（1）14182黄伟基于摩擦耗能减震的结构控制研究与应用J四川建筑科学研究，2006，32（4）1011053潘文，叶燎原低造价耗能支撑装置及其计算模型Z中一意隔震消能合作研究专题研讨会，19974欧进萍，吴斌组合钢板屈服耗能器性能及对其高层钢结构减振效果的试验研究J建筑结构学报，2001，22126325周云，刘季新型耗能阻尼减震器的开发与研究J地震工程与工程振动，1998，L817L796王曙光耗能支撑钢筋砼框架结构的抗震性能研究及工程应用
40、D博士论文南京东南大学，19997范彬，王林船桥碰撞及桥梁防撞结构研究J华东船舶工业学院学报自然科学版，2005，19（4）158孙文兵，毛海涛防撞系统在桥梁工程中的应用J国外建材科技，2007，28（5）961029于澍，张红波，等炭炭刹车副表面硬度对摩擦磨损性能的影响J功能材料，2006,36（9）1459146210李江鸿，张红波，熊翔，黄伯云CC复合材料的摩擦转变和磨损机理J材料导报，2008，22511111411罗瑞盈,李贺军,等碳/碳复合材料的摩擦磨损行为J宇航学报，1996,17（1）586112BKYEN,TADASHIISHIHARAANINVESTIGATIONOFFRI
41、CTIONANDWEARMECHANISMSOFCARBONCARBONCOMPOSITESINNITROGENANDAIRATELEVATEDTEMPERATURESJCARBON,1996,34448949813BVENKATARAMAN,GSUNDARARAJANTHEINFLUENCEOFSAMPLEGEOMETRYONTHEFRICTIONBEHAVIOROFCARBONCARBONCOMPOSITESJACTAMATERIALIA,2002,501153116314蒋建纯，黄伯云，等碳碳复合材料在高能刹车副中的应用J新型碳材料，1997,12（1）24273215涨洪信，有限元基础理论与ANSYS应用，北京机械工业出版社，200616博弈创作室，ANSYS90基础教程与实例详解，北京中国水利水电出版社,2006
