汽车制动系统是交通安全的重要保障。制动过程中,制动盘和摩擦衬片相互摩擦,导致制动盘表面的温度急剧升高,使制动盘的相关力学和物理性能发生变化,影响制动系统的稳定性。目前汽车制动盘广泛采用铸铁材料,但是铸铁材料的性能对温度十分敏感,随着温度的升高,铸铁制动盘会出现热衰退现象,摩擦衬片和制动盘间的摩擦系数降低,从而影响制动效果。碳陶(C/SiC)复合材料制动盘因其具有密度小、耐高温、高强度和摩擦系数稳定等优点在高档轿车、高铁、飞机、风力发电机组等高速和高制动效能领域具有广泛的应用前景。制动盘的散热方式主要为热传导和热对流。通过对制动盘周围的流场进行仿真分析,得到制动盘表面和通风孔壁面的对流换热系数分布规律。在恒定车速下,制动盘两个表面的对流换热系数总体分布比较均匀,从外边缘向内边缘逐渐减小,其最大值出现在制动盘表面外边缘靠近通风孔的位置,最小值出现在内边缘两个通风孔之间的位置,表明通风孔加速制动盘内部结构散热的同时也会改善制动盘表面的对流换热性能。通风孔的对流换热系数在迎风面的入口处出现最大值,在背风面的内壁上出现最小值。通过模拟不同车速下的流场,得到了制动盘的对流换热系数随车速变化的关系。随着车速的增加,制动盘表面的对流换热系数显著增加,通风孔内壁面的对流换热系数的最大值和平均值具有明显的增加,而最小值的增加幅度相对较小。这是因为通风孔的对流换热系数的最大值发生在迎风面的入口处,迎风面受气流速度的影响较大;最小值发生在背风面上,背风面受气流速度的影响较小。论文利用ABAQUS对制动盘进行热力耦合分析,获得温度场和应力场的分布情况。为了对比分析碳陶材料和铸铁材料制动盘的温度和应力分布规律,模拟了一般制动工况的刹车过程。两种材料制动盘的温度场和应力场具有很多相似的特征:在制动过程中,温度和应力先升高后降低,最大值出现在制动盘表面与摩擦衬片接触的中心区域;制动盘表面的温度场和应力场呈环状分布,在径向上由表面接触中心向内外边缘递减,在轴向上关于中面对称分布。另外两种材料制动盘的温度场和应力场呈现出很多不同的特点:由于碳陶制动盘的体积比热容比铸铁制动盘小,所以碳陶制动盘前期温升比较快;两者温度峰值相差不大,但是由于铸铁的热膨胀系数比碳陶材料大很多,所以铸铁制动盘的热应力较大,而碳陶制动盘的热应力较小。紧急制动工况与一般制动工况相比,碳陶制动盘温升速度很快,温度和应力峰值较高;一般制动工况下两种制动盘的应力峰值相对于温度峰值均有延迟,而紧急制动工况下碳陶制动盘并没有延迟现象。以碳陶制动盘的散热功率作为优化目标,选取5个设计变量,对通风孔的结构和尺寸进行优化设计。在优化模型的建立过程中,文中提出了引入自适应变量将有约束的离散优化问题简化为连续变量的无约束优化问题。利用正交试验设计方法采集样本数据,并采用BP神经网络构建近似响应模型,提取目标函数与优化变量之间的近似函数关系。通过遗传算法求解得到通风孔的最优尺寸,并对比分析优化前后制动盘的对流换热系数,优化后碳陶制动盘的散热效果明显提高。