基于ANSYS的刹车片环保材料分析研究

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制动器是车辆高性能的重要组成部分，仅值得高度关注安全性。作为总成的组合，制动系统包括流体、管路、踏板、杠杆、连杆和制动单元。为了设计任何系统，选择一种具有强度、耐用性、性能和其他特性的材料非常重要。制动系统内的制动部件对于安全高效的运行至关重要。这些组件包括制动卡钳、主缸和液压控制系统[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10].

制动器利用摩擦材料将机械能转化为热能。摩擦材料产生的热量传递到大气和制动系统的其他部件。车辆的制动系统由盘式制动器和刹车片组成，它们共同作用以使车辆减速和加速。制动过程中，制动盘表面与制动片之间的摩擦会产生热量。应防止盘与垫在高温下摩擦[11]、[12]。一组金属盘和刹车片组成了汽车制动系统，作为在环境中维持的刚性元件。这里使用的刹车片是由石棉纤维材料制造的，石棉纤维材料会致癌[13]。在制动器操作中，磨损碎片释放到大气中并污染环境。刹车片分为三类，即金属、非金属[14]和非石棉有机物（NAO）。刹车片的材料对其摩擦类型和磨损质量有重大影响，用于制造刹车片的材料应该稳定且一致。有多种类型的天然纤维可用于各种应用，包括黄麻、亚麻、大 麻[15]、洋麻、剑麻和棉花[16] 。这些纤维可以单独使用或与合成纤维结合使用，以生产具有改进性能的复合材料。例如，与纯合成复合材料相比，天然纤维复合材料可以具有更高的抗冲击性、拉伸强度和刚度[17]。此外，使用天然纤维有助于减少复合材料行业对环境的影响和碳足迹。

环保摩擦组件用天然纤维取代昂贵的材料。目前，汽车行业正在重新使用天然纤维作为技术应用中的增强材料。天然纤维具有更强的吸音能力，更能抵抗断裂，并且具有更好的能量管理物理性能。温室气体 (GHG) 正在导致气候迅速变化，进而导致农作物产量下降和人们获取食物的能力下降。这些温室气体排放主要是由于人类活动造成的，例如燃烧化石燃料和农业实践[18]。

通常对刹车片进行测试以确定对其在应用中的性能很重要的各种属性。测试过程中可以测量的一些特性包括耐磨性、硬度[19]、[20] 、摩擦系数、压缩强度、比重、水和油浸泡、拉伸强度、导热性、盘温度和停止时间[ 21]。这些测试旨在确保刹车片安全可靠，并在各种条件下都能发挥预期的性能。此外，还可以进行测试以评估不同类型刹车片在特定条件下的性能，例如高速或高温操作，或在潮湿环境中。本文讨论了农业废物[22]由于其有机性质和丰富性而作为各个行业的宝贵资源的潜力。农业废物来自各种植物成分，如种子[21]、壳[23]、叶子[24]、果实[25]，以及油棕壳等材料[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、稻壳[30]、[31]、[32]、[33]玉米壳[34]、[35]、[36]和椰子壳[37]，[38]。文章强调了农业废弃物再利用并应用于制造业的经济效益和环境优势，有助于控制环境污染（图1）。

图1 . 刹车片总成

寻找具有最小边界条件的环保刹车片材料解析解的评估方法。图2表示在绝对条件下获得结果的步骤。盘式刹车片模型使用 CATIA V5 进行设计，并通过 ANSYS 19 仿真实现施加的载荷、网格特征和应用材料。有限元分析 [39]是一种已用于检查各种解决方案的工具。即使在这个项目中，FEA 也被用来检查刹车片中存在的各种应力、变形和力。由于缺乏由部件上的载荷引起的阻尼和惯性效应，因此采用静态分析来计算位移应变、应力和力[39]。静态分析中可以施加的各种载荷是稳态惯性力，例如旋转速度、温度、外加力和外加压力。在目前的工作中，采用了线性静态分析。在施加惯性载荷的情况下，需要定义材料的密度等质量特性。

图2 . 准备刹车片模拟的流程图

摩擦材料中的纤维结构对于决定材料的摩擦磨损性能起着重要作用。纤维排列和粘合到基体的方式[40]影响摩擦系数、磨损率和强度的摩擦材料。纤维的长度、直径和方向也会影响它们吸收热量并将热量从摩擦材料表面转移出去的能力。此外，摩擦材料的纤维结构会影响材料的孔隙率和渗透率，进而影响其吸热和散热的能力。因此，选择具有适当性能的纤维并优化其在摩擦材料中的结构对于实现有效的制动性能和耐用性至关重要。

该设计支持解决由于石棉材料的逐步淘汰而对传统刹车片材料替代品的需求[10]。该研究的重点是使用天然纤维作为替代品来改善刹车片的性能特征，并进行摩擦学研究，基于分析和模拟评估出最佳材料。

刹车片的厚度和宽度是影响其有效性和寿命的重要因素。较厚的刹车片可提供更好的制动力，但也可能较重，并且由于磨损增加而使用寿命较短。较宽的垫可以将压力更均匀地分布在旋转表面上，但由于接触面积较小，在产生摩擦方面也可能不太有效。图3、[79]、[81]示出了制动衬块的尺寸，与转子相关的120mm的圆形长度也被视为样本模型，该转子也具有136mm的外半径和70mm的内孔半径。（其他尺寸见图3 ）。

图3 . 带转子盘的刹车片示意图[型号] 所有尺寸均以毫米为单位，不同的环保纤维

在这样的环境下，大自然中有许多材料仍然存在，但没有被发现，也没有太多作为副产品使用。如今，由于气候变化，环境导致新的可持续和环保材料被用作日常用品和其他车辆级产品。改进更多不同用途的环保产品，让我们的环境减少污染行为，将是最受欢迎的。图 3显示了用于刹车片应用的现有材料的不同材料纤维。许多研究人员使用大量成分来改善制动应用方面的机械摩擦学性能[41]。

由于环境问题，汽车刹车片对环保材料的需求引发了对使用天然纤维作为增强材料的研究。在刹车片中使用石棉是不安全的，因此研究人员正在探索廉价且容易获得、具有优异性能且无毒的天然纤维[7]。所采用的材料是出于对环保和可持续解决方案的需求。

正确利用现有自然资源和废物对于发展工业可持续发展至关重要。这种方法对于解决环境退化问题和实现可持续发展目标至关重要。有多种资源可帮助行业实现可持续性[42]，例如使用循环经济原则、采用可持续消费和生产实践以及废物管理。更换石棉材料的原因是，医学研究证实，使用石棉会导致不良的呼吸系统状况[43]。石棉是一种水合硅酸镁。在车辆制动器中，石棉的用量通常为 30% 至 70%。虽然石棉的使用具有积极的特性，包括高达 500 °C 的热稳定性、使用过程中摩擦表面再生的能力、优异的耐磨性、强度、柔韧性和合理的成本 [44]，但其使用仍然会引起不良的呼吸系统疾病。经医学研究证实的条件。尽管石棉强度高且成本低，但由于它对肺部造成健康风险，石棉正在被逐步淘汰。该简报表明，使用当地材料制造刹车片和刹车片可以降低成本，同时具有所需的机械和化学性能，例如硬度、耐磨性和环境友好性[45 ].

玄武岩纤维是一种无机纤维，具有以下良好的合适性能：弹性模量、强度、耐温性、断裂应变以及加工能力[46]。虽然成本较低，但环保且具有可再生特性10制造完整摩擦材料的其他成分[47]、[48]、[49]。他使用的成分如下：玄武岩纤维、玻璃纤维、硅灰石、重晶石、矿棉、摩擦粉、石墨、铁粉和铜粉。玄武岩纤维的近似化学成分为 SiO 2 (46.2%)、Al 2 O 3 (13%)、Fe 2 O 3(12%)、MgO(10%)、CaO(10%)、TiO 2 (2%)、K 2 O(1.2%)、Na 2 O(3.5%)和痕量(<1%) [50]。这些玄武岩纤维广泛应用于军事、国防设备、航空、民用基础设施项目中[48]。该研究采用环保原材料，如植物亚麻纤维、矿物玄武岩纤维和硅灰石作为增强材料，以及天然石墨、锆石、蛭石和重晶石作为填料，以及基于腰果酚的苯并恶嗪增韧酚醛树脂作为刹车片复合材料的粘合剂[49]、[51]。大 麻纤维的影响[15]玄武岩纤维作为添加剂，强度、刚度、断裂韧性得到很好的提高。由此可见，玄武岩纤维因其可靠的结构性能而成为汽车领域的合适材料。

根据文献综述和作者的早期研究，棕榈种子和叶子的配方[24]添加了摩擦成分。以添加棕榈籽粉[52]形式和66重量％硫酸钡的混合物包括粘合剂(酚醛树脂)20重量％、纤维(钢)10重量％、摩擦改进剂(腰果、氧化铝、石墨)23重量％ %和功能性填料（铜和锌）13重量%。所有成分均经过筛分，颗粒平均尺寸为 300 目（48–84 µm）。考虑到纤维的表面处理，它是用于提高基体和纤维以及其他组分之间的粘附和界面结合的重要过程[53] 。合成纤维具有优良的机械性能，通常用作纤维增强聚合物的增强材料，但天然纤维也具有独特的性能，可能有利于某些应用中的复合材料。天然纤维密度较低，可以阻尼振动，并表现出钝性断裂行为 [54] 。表面处理的一种方法是对玄武岩纤维进行盐水处理，这增加了纤维的粗糙度和剪切强度。另一种方法是在PI基体上涂覆偶联剂DMF（二甲基甲酰胺，是各种化学反应中常用的有机溶剂），以改善芳纶纤维的表面粗糙度和界面剪切应力。这些处理有助于制造更坚固、更耐用的材料。[55] .

芳纶浆粕由于其独特的物理特性（例如改善成分的原纤化）而在其中影响力最大。它通过赋予更好的预成型件生坯强度来简化加工助剂[56]。仅添加原料的芳纶纤维不充分并且温度较高。因此，如果摩擦性能的有效性失去了强度，制动应用将不适合芳纶纤维。为了克服这个问题，纤维及其复合材料的组合增强了摩擦效果。因此，它与其他纤维一起使用，可以创造出彼此不同但又独特的有效特性。

除了陶瓷刹车片外，考虑到物理性能和化学性能，还使用灰铸铁和不锈钢SUS410 [57] ，但刹车片的重量增加，带来了缺点。因此为了控制不锈钢的重量，铝合金复合材料AA8081-15 wt% SiC-3 wt%被考虑作为石棉刹车片的替代品。添加钢丝绒[58]和其他天然农业废料将提高增强性能和热稳定性。

从棕榈饼矿石中提取棕榈仁纤维（PKFs），收集坚果壳并悬浮在苛性钠（氢氧化钠）中24小时以去除痕量红色油。将图3b所示的纤维用水洗涤除去烧碱，并在阳光下干燥近一周。将干燥的 PKF 打成粉末状，并以筛目尺寸 6100 µm 进行分离。当它应用于刹车片时，它表现出刚性和持续性来控制应力的发生，因为网格尺寸增加，它可能发生较小的变形[22]，[59]，[60]。为了将棕榈仁纤维制成商业刹车片，需要将粒径为 100 µm 的棕榈仁纤维热压、冷却、固化并添加氧化铝、碳酸钙和环氧树脂等成分进行表面处理 [61 ]。使用棕榈纤维增强聚合物复合混合物使工程性能处于硬态[62]，[63]。用巴尔米拉短纤维（SPF）增强环氧树脂以提高其干滑动耐磨性的潜力。巴尔米拉纤维是一种源自巴尔米拉叶柄的低成本天然纤维[64]。对这种由环氧树脂和 SPF 组成的新型复合材料所经历的干滑动磨损过程进行了参数分析。本研究的目的是探索通过SPF增强提高纯环氧树脂耐磨性的可能性[65] 。油棕纤维用于生产面板产品和碳纳米材料。总体而言，油棕纤维似乎是一种多功能且可持续的资源，具有广泛应用的潜力。[29]。废弃 PCB [66]、[67]与棕榈灰混合，以提高耐磨性和摩擦行为，从而可能减少对环境的影响。

提取棕榈籽油的副产品是棕榈渣。油棕企业在进行垃圾填埋处理时面临着财务和环境风险。棕榈渣、酚醛树脂、钢纤维、石墨和氧化铝是刹车片材料混合物中添加的五种成分[59]。棕榈渣用作刹车片混合物中的填料[67]。各组分的比例如下：优选酚醛树脂为结合剂，石墨为润滑剂，钢纤维为增强材料，氧化铝为磨料。棕榈渣的颗粒尺寸被认为是 600 µm。添加碳酸钙和白云石与棕榈渣[68]使摩擦产品具有较强的强度和耐用性。

蕉麻是从蕉麻植物（Musa textilis）树干周围的叶鞘中提取的，蕉麻是一种原产于菲律宾的香蕉树。目前，香蕉纤维是香蕉种植过程中的废弃物。因此，工业用纤维的制造可能会以加工成本为代价[69]。添加马尼拉麻作为单层纤维与苎麻纤维的聚乙烯酯复合材料[70]取得了良好的拉伸性能。混合复合材料中的偶联剂与增强聚丙烯表现良好，使蕉麻纤维具有玻璃纤维的性能。其性能与拉伸强度和弯曲强度一样好和冲击强度 [71]，以及使用氯化重氮苯等附加粘合剂[69]。

黄麻纤维是从黄麻植物茎中提取的绝缘体。收获完成后，将纤维放入水中，从而获得抗静电性能。而且，它的特点是保湿性适中。它能抵抗微生物[72]，但不能抵抗化学和光化学攻击。由于密度低、重量轻且硬度高，黄麻纤维被用于许多工业领域，如汽车、船舶、国防和体育领域。图3f显示了用聚酯和环氧树脂提取黄麻纤维[73]。使用化学表面改性[74] , [75]黄麻织物作为基于可生物降解聚酯酰胺基体 BAK 1095 的复合材料中增强剂的潜在用途。该研究分析了不同纤维表面处理和织物用量对所得复合材料性能的影响 [76 ]。黄麻纤维增强的复合材料在较高温度下会出现褪色现象，摩擦系数降低，磨损率增加[77]。

从环境和经济角度考虑，以玉米秆为原料生产无石棉纤维水泥是相当可行的。它是纤维水泥波纹板[78]，具有良好的热稳定性、结晶性，由于它是通过酸碱溶液提取的，因此在气候变化条件下不会变形。此外，也可用作燃料。玉米秆纤维的提取如图3e所示。玉米纤维茎具有较低的孔隙率，这导致较低的摩擦系数，从而导致颗粒之间的空间减少[31]。

天然纤维可以从植物的不同部分产生，如叶子、茎、树皮或种子。这个过程包括收获、浸泡、刷洗和干燥。它们的化学成分，特别是纤维素含量和原纤维的方向决定了每种纤维类型的机械性能。用于工业应用的所有天然纤维都含有大量纤维素，但纤维素微纤维的结构可能有所不同，导致不同的拉伸强度和应力伸长率。每种纤维类型的单纤维直径也不同。塑料工业中应用的主要天然纤维有：黄麻、剑麻、亚麻、椰壳纤维、蕉麻[88]、洋麻[89]和软木[90]。

在汽车刹车片制造中可以对原材料成分进行改造，以确保造福人类。因此，对采用天然材料生产新配方的汽车刹车片进行了研究。农业废物[91]作为新的廉价材料来替代刹车片中的合成填料的潜在利用使环境变得舒适。

使用的纤维是菠萝叶纤维（填料），带有环氧树脂[87]，[92]，与水果纤维不同。果实植物的叶子也产生纤维，但它们产生的纤维质量不高。最好等级的菠萝叶纤维来自专门为其纤维种植的长叶菠萝树。它还具有良好的隔热性能，在摩擦方面表现出良好的效果。具有聚合物基体的增强体。它有更足够的强度来承载负载。图3l所示为菠萝纤维的图片。随着纤维含量的增加，材料变得更强硬。

表1总结了适用于刹车片的不同材料的机械和物理特性。

表 1 . 纤维的机械性能

可能使用稻壳粉尘作为刹车片的天然填料，有助于减轻农业废物的负担和汽车制造成本。根据 Karthikeyan [86] 的说法，稻壳[32] 的木质素含量低，二氧化硅含量高影响汽车刹车片陶瓷性质的含量取代了稻壳粉的使用也增加了摩擦性能。含有 20% 稻壳和稻草粉的样品表现出比 4% 更大的摩擦系数 (μ) 值。稻壳混合刹车片的摩擦系数μ值在0.280~0.392之间。0.381揭示了与小麦和玉米复合矿物纤维混合制成的刹车片结构的摩擦材料的刚性行为的μ值。

本研究的主要原材料为粘结剂树脂（苯酚甲醛）、金属纤维（钢、氧化镁和铜）、摩擦改进剂（石墨和黄铜）和填料（硫酸钡和稻壳粉）。稻壳在破碎机中破碎成粉尘，产生稻壳粉尘（RHD）[93]。考虑了80目和100目灰尘尺寸的不同尺寸。然后将其干燥至含水量1%~3%并试用一周[94]。将该RHD与其他原材料在搅拌机下混合近30分钟。图3k显示了用作刹车片混合物的干燥稻壳[86]。所有其他成分均与稻壳粉一起制成粉末形式。由此，形成稻壳刹车片来模拟结果。

过去，椰子纤维/天然橡胶乳胶复合材料广泛应用于汽车工业。然而，七八十年代，新开发的合成纤维由于性能更好逐渐取代了纤维素纤维[22]。在纤维使用领域，人们对使用这些纤维作为增强材料产生了一些兴趣，以实现环境效益，而使用可再生和可生物降解材料可能是造成这种兴趣的原因。环氧含量的椰壳填料颗粒复合材料 [42]有望成为传统复合材料的可持续且环保的替代品。

从甘蔗中提取的甘蔗渣纤维，产生由纤维素、半纤维素和木质素组成的木质纤维素材料，是一种丰富、低成本的可再生资源。由于其纤维性质和优异的机械性能，甘蔗渣纤维在纺织、造纸、建筑等各个领域以及作为复合材料中的增强材料具有众多潜在应用。然而，甘蔗渣纤维作为增强材料的有效性取决于多种因素，例如纤维长度、直径和表面特性以及树脂和香蕉纤维的化学成分[95]，[ 96 ]。

剑麻纤维相当粗糙且不合适。它表现出适当的强度、耐力、可加工性、对特定着色材料的吸引力以及适应海水的能力[85]。剑麻绳索和麻线广泛用于各种工业部门，如海洋、农业、运输和一般工业用途。当聚酯复合材料中添加棉和剑麻纤维时，摩擦系数比纯聚酯显着增加了46%和50%。这表明这些纤维的添加可以改善复合材料的摩擦性能[97]。图3j表示干燥形式的剑麻纤维。添加生物复合材料 [98]以聚己内酯和淀粉为基体，以剑麻纤维为增强体，改善表面处理和形貌。纤维处理对环氧基体增强单向剑麻纤维复合材料力学性能的影响[99]表明，采用适当的纤维处理可以使纤维与基体之间有更好的粘合力，使纤维分布均匀，提高复合材料的力学性能。复合材料的拉伸强度和刚度。

从香蕉皮中提取的香蕉纤维在香蕉种植过程中分解。因此，无需任何进一步的财政投入即可获得用于工业用途的香蕉纤维。在聚酯树脂中，香蕉纤维被证明是一种有效的增强材料[100]。纤维的长度对复合材料的特性有重大影响。香蕉皮纤维如图3a所示。不同长度的香蕉纤维的短形式，增强了复合材料的机械性能并影响其界面剪切长度，从而获得低孔隙率[101]。

将MgO和竹纤维与环氧树脂混合，形成制动混合物[80]。根据竹纤维的不同百分比，但保持MgO和环氧树脂的比例相同，它分为三种不同的成分。此外，含有 60% 竹纤维、20% 环氧树脂和 MgO 配方的组合物已表现出最佳性能。0.5至8.5年的竹纤维可用于制造纤维增强复合材料，因为靠近竹茎外表面的纤维中的细胞壁几乎完全生长[102]，以增强比天然纤维更好的机械和拉伸性能。

椰子椰壳纤维

椰壳纤维是从干燥的椰子果纤维壳中提取的。由于木质素含量高，与其他天然纤维相比，它具有更长的寿命[103] 。然后用热固性和热塑性树脂对其进行增强，以对强度产生紧密影响。这种基质组合 在界面内提供了粘合性能[104] 。所获得的颗粒的不同百分比用于刹车片材料混合物中，例如10%和30%。这些颗粒可能已被用作填料来提高刹车片的性能或作为传统填料的可持续替代品[105]。椰壳纤维在干燥条件下表现出非常高的界面粘合力。当其用于刹车片应用时，粘合性能很重要，因此必须测试不同的老化解决方案[106]。椰壳纤维诱导刹车片具有一定的孔隙率[107]，以控制水和油对摩擦系数的影响，并通过增加孔隙率10%以上来最大程度地减少制动噪音[108]。图3d显示了椰子纤维的图片。椰壳纤维增强聚合物复合材料专为工业、社会经济和家庭应用而开发，例如汽车内饰、建筑材料的镶板和屋顶、储罐、包装材料、头盔和邮箱、镜子外壳、镇纸、投影仪盖、稳压器盖[ 109 ] 、 [ 110 ]。研究发现，增加复合刹车片中椰子粉的比例会导致断裂强度、硬度、抗压强度和冲击力降低，进而导致刹车片的脆性增加[111]。这些发现表明，添加过多的椰子粉会对机械性能产生负面影响复合材料的性能并降低其作为刹车片的有效性。

亚麻纤维是从覆盖植物茎的层中获得的[112]，以及生长在世界温和和亚热带地区的亚麻籽。它是一种天然的纤维素多细胞韧皮纤维。它的长度约为10-100厘米。其直径从40微米到80微米不等。亚麻籽纤维的纤维形式如图3g所示。亚麻纤维是从亚麻植物茎的皮中提取的。它以细丝的形式排列在中央木圆柱体周围[82]。它柔软、有光泽、有弹性，强度比棉纤维强，但弹性较差。随着纤维含量的增加，吸水率也随之增加。使用的材料是摩擦样品主要是亚麻纤维，因此可以用作刹车片应用。

木棉纤维（KF）是一种防潮、快干、有弹性、柔韧的纤维。这些木棉纤维起到弹性纤维的作用，蓬松，密度低[113]，磨损少，而且太脆，不适合纺纱，但重量仅为棉花的八分之一。这种光纤具有空心管结构，壁厚为0.8-1.0μm，直径为8-10μm [114]，因此重量轻、密度低。由于纤维表面存在蜡质物质，KF还表现出固有的耐水性和对油的高亲和力，木棉纤维也可用于刹车片应用。[83] 图3h显示了木棉纤维。

洋麻或（Hibiscuss cannabinus L.）是一种非木质植物纤维，用作聚合物基质中的增强材料或填料。纤维的基部直径为3至5毫米[115]。红麻植物可分为几个部分，包括提供长纤维的长茎。同时，红麻茎由外层和内层两种类型的纤维组成，[116]。除此之外，被称为海绵状组织的薄中央髓层是有色细胞。这种类似铁的结构使材料特性由于刚性和强度，即使拉拔应力比与其他性能相比较高，它也具有独特性。因此，洋麻纤维可以作为刹车片材料作为增强材料和填料[84]。

为了提高纤维的强度和耐用性，粉煤灰[117]在填充材料和添加剂的添加中也发挥着至关重要的作用。树脂含量对刹车片摩擦学行为的影响是指研究相对运动中相互作用表面的摩擦、磨损和润滑。刹车片复合材料中的树脂含量会影响刹车片的摩擦系数、磨损率和耐用性等因素。通过将树脂含量[118]增加到一定阈值以上可以改善摩擦性能，而过多的树脂会对刹车片的性能产生负面影响。因此，树脂含量被认为是使用酚醛树脂或环氧树脂来控制和优化，以获得刹车片复合材料所需的摩擦学性能[119]。碳化硅颗粒的添加可以提高复合材料的耐磨性和摩擦行为[120]。该研究提供了有助于开发更高效、更耐用的汽车制动系统的见解。

对于全地形车，[121]。假设四轮车中卡钳活塞施加在制动片上的压力为 1 MPa，因为制动液被视为压力。这里，分析仅基于静态条件下的结构分析，但也可以评估随时间变化的瞬态条件。在该模拟方法中，总变形、等效（Von-Mises）应力和最大主应力是在 1 s 内液压 P 恒定为 1 MPa（施加拖曳制动）的假设下计算的。通过在边界条件内应用不同材料质量的刹车片及其特性。该零件的网格划分使用四面体图案和紧密网格，以产生最准确的结果。

图4描述了当压力仅施加到垫的一侧时当前模型的边界条件。边缘处的焊盘在除法线方向外的所有自由度上都被固定，并且盘在所有方向上都被牢固地固定。为了与光盘表面接触，垫上下移动。实心盘式转子模型和钻孔盘式转子模型的设置在ANSYS 19.3中的整个过程中是相同的，并且可以一个接一个地完成盘式转子模型[122]。这是因为我们的目标是确定不同的盘式转子表面设计在摩擦接触期间如何影响刹车片。使用了指定的材料特性。对于模拟，仅允许通过盘式转子使用一个刹车片。材料特性。接触设置设置为垫和盘之间的摩擦接触。然后，将盘式转子模型的表面设置为目标表面，将制动衬块模型的前表面设置为接触表面，并根据为制动衬块模型选择的材料应用摩擦系数。然后生成网格模块。然后将操作时间设置为一秒，并在朝向盘式转子模型的方向上向刹车片施加 0.2mm 的位移。为了得到模拟所期望的结果，即作用时得到的变形和最大应力。

图4 . 施加到制动片的压力为 1 MPa

图5. 应用于刹车片的边界条件

由表2可知，其为变形结果s。对刹车片的最低要求往往是在获得最小应力的情况下发生，并且每种材料都会发生变形。

表2描述了从ANSYS模拟获得的分析值及其各自的图像，如图6.1、图6.2、图6.3、图7.1、图7.2、图7.3、图8.1、图8.2、图8.3、图9.1、图9.2、图10.1、图10.2、图10.3、图11.1、图11.2、图11.3、图12.1、图12.2、图12.3、图13.1、图13.2、图13.3、图14.1、图14.2、图15.1、图15.2、图15.3 、图16.1、图16.2 、图17.1、图17.2、图. 17.3、图18.1、图18.2 、图18.3、图19.1、图19.2、图19.3、图20.1、图20.2、图20.3对于不同的环保材料，分别采用点应力、变形和最大应力值进行预测的边界条件。与最大主应力（朝向加载平面的组件纤维中的实际最高应力）相反，等效应力是指感兴趣部分的理论平均应力。

图6.1 蕉麻纤维的变形分析

图6.2 蕉麻纤维的等效应力分析

图6.3 蕉麻纤维的最大主应力

图7.1 甘蔗渣纤维的变形分析

图7.2 甘蔗渣纤维的等效应力分析

图7.3 甘蔗渣纤维的最大主应力

图8.1 竹纤维的变形分析

图8.2 竹纤维的等效应力分析

图8.3 竹纤维的最大主应力

图9.1 香蕉纤维的变形分析

图9.2 香蕉纤维的等效应力分析

图9.3 香蕉纤维的最大主应力

图10.1 玄武岩纤维的变形分析

图10.2 玄武岩纤维的等效应力分析

图10.3 玄武岩纤维的最大主应力

图11.1 椰壳纤维的变形分析

图11.2 椰壳纤维的等效应力分析

图11.3 椰壳纤维的最大主应力

图12.1 玉米秆纤维的变形分析

图12.2 玉米秆纤维的等效应力分析

图12.3 玉米秆纤维的最大主应力

图13.1 亚麻纤维的变形分析

图13.2 亚麻纤维的等效应力分析

图13.3 亚麻纤维的最大主应力

图14.1 黄麻纤维的变形分析

图14.2 黄麻纤维的等效应力分析

图14.3 黄麻纤维的最大主应力

图15.1 木棉纤维的变形分析

图15.2 木棉纤维的等效应力分析

图15.3 木棉纤维的最大主应力

图16.1 红麻纤维的变形分析

图16.2 红麻纤维的等效应力分析

图16.3 红麻纤维的最大主应力

图17.1 油棕纤维的变形分析

图17.2 油棕纤维的等效应力分析

图17.3 油棕纤维的最大主应力

图18.1 菠萝纤维的变形分析

图18.2 菠萝纤维的等效应力分析

图18.3 菠萝纤维的最大主应力

图19.1 稻草纤维的变形分析

图19.2 稻草纤维的等效应力分析

图19.3 稻草纤维的最大主应力

图20.1 剑麻纤维的变形分析

图20.2 剑麻纤维的等效应力分析

图20.3 剑麻纤维的最大主应力

等效应力和最大主应力之间的主要区别在于，最大主应力是一个点特定值，表示特定位置处的最高应力，而等效应力是结合不同应力分量的影响来评估总体应力的理论值在组件或材料中。最大主应力告诉我们物体可以承受多大的应力以及在什么角度，而等效应力考虑了组件中应力的大小和方向，并且通常用于比较不同组件或材料的整体应力状态。等效应力是比较具有不同应力分布模式的组件中的应力水平的有用指标，静态结构条件结果是在 45KN 的力下获得的，热瞬态条件分析将是作为产品配置文件实施的最佳选择。所以从得到的结果来看，摩擦系数随施加载荷的变化是在恒定滑动速度下确定的[12]，压力范围下的摩擦响应[5]，可以通过分析转子的存在来描述。

本研究仅针对不同纤维材料的载荷施加约束。通过各种汽车部件实现天然纤维产品的概念也将使环境成为非废物经济背景。各个领域的不同研究和实验也采用了田口优化[123]技术、信噪比、方差分析[124]来获得各自产品的最佳优化参数。部分研究人员讲解复合材料表面处理涂层[25，125]提高摩擦阻力、耐久性和其他摩擦学参数。

目的是确定具有更高摩擦系数 [126] 和更低磨损率的材料，以确保刹车片更持久、更有效。环保材料的使用也正在被探索作为现代刹车片设计的一个重要考虑因素。所有的结果都是通过ANSYS中的预测得到的，彼此之间具有接近的数值。机械和物理性能的影响与研究相关。每种纤维都添加了填料和偶联剂以改善摩擦性能，但不确定是否对环境有影响。这些纤维受到环氧树脂和酚醛或聚乳酸的影响不是临时凑合而成的环保材料。为了改进，将从农业废物中提取的树脂与纤维一起添加。

模拟结果基于各自的材料审查及其参数。从上述图21至图22、 图23的图表结果可以看出，六种天然纤维的变形量最高，即香蕉纤维、亚麻纤维、木棉纤维、油棕纤维和菠萝纤维。在其他纤维中，椰壳纤维的变形值较小（图21），而比较应力值时，玄武岩纤维和玉米杆纤维获得的应力较小（图22和图23）。椰子纤维也与椰子纤维有更多的偏差。因此最好选择椰壳纤维作为刹车片摩擦材料。

图21 变形与材料

图22 等效应力与材料

图23 最大应力与材料

讨论的结果基于分析和模拟图，由于该方法是一个预测过程，因此不能用自动化结果得出结论。通过继续分析实时零件水平预测，添加偶联剂[73]以粘合纤维成分之间。此外，那些具有最大最终分解的天然纤维和用于生产刹车片的许多农业废物[127]的温度。摩擦学现象的参与涉及到要测试的性能、安全性和稳定性等各个方面的结果的改进[1]。水中厚度膨胀测试[128]也是判断材料在潮湿条件下的重要参数。其他重要的摩擦学参数是通过在各自的实验装置中对天然纤维进行物理测试来进行和证明的[129]。这些摩擦反应的性质和特性对于开发更高效、更耐用的制动系统非常重要。基于上述参数，有几项研究需要调查，以找出摩擦反应[130]对刹车片材料的影响，并可能提出改善刹车系统性能和耐用性的策略。根据搜索结果，磨损测试似乎是选择制动材料和部件的一个重要因素。进行各种物理和摩擦磨损测试 [Blau] 可以帮助确定刹车片和其他部件的适当材料。此外，根据所涉及的材料，似乎存在不同类型的磨损（例如侵蚀性、磨蚀性）和磨损机制。因此，制造商和机械师必须考虑制动系统可能遇到的具体磨损类型并相应地选择材料和部件。还建议定期维护和检查制动部件，以确保其持续可靠性和正常功能。对于制造商和机械师来说，考虑制动系统可能遇到的具体磨损类型并相应地选择材料和部件非常重要。还建议定期维护和检查制动部件，以确保其持续可靠性和正常功能。对于制造商和机械师来说，考虑制动系统可能遇到的具体磨损类型并相应地选择材料和部件非常重要。还建议定期维护和检查制动部件，以确保其持续可靠性和正常功能。

文章来源：本硕博工程师俱乐部

原始文献：

M. Sunil Kumar Hemanth, J. Edwin Raja Dhas,

Eco-friendly materials for brake pad- ANSYS overview,

Materials Today: Proceedings,

2023,

,

ISSN 2214-7853,

https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.05.194.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785323028201)