制动气室是商用车气压制动系统中将压缩空气的能量转化为执行元件机械能的关键部件,其压力响应性能直接影响气压制动系统的性能。随着有限元分析的发展,通过计算机辅助工程技术对制动气室建模分析,可以提高研发效率,同时能模拟和预测制动气室的动态响应特性。本文针对膜片式制动气室压力响应特性,基于流-固耦合理论,进行了详细地分析,主要完成以下几个方面的内容:1、分析了制动气室的结构与工作原理,根据气体的流动特性建立了制动气室压力响应数学模型,并计算获得理论上的压力响应曲线,为后续的仿真分析及试验测试提供了参考。2、橡胶膜片是制动气室中的弹性元件,由织物增强材料和橡胶基体模压而成,在运动过程中表现为非线性的特点,为提高仿真的收敛性,建立了织物增强橡胶复合材料代表性体积单元几何模型,采用细观力学有限元分析得到代表性体积单元应力和应变结果,结合体积加权平均计算得到织物增强复合材料的等效弹性常数。3、基于流-固耦合理论,建立了制动气室流-固耦合有限元模型,分析了充气过程和放气过程流体压力场的变化情况。同时,搭建了制动气室试验台架,获得了制动气室动态响应曲线,对比仿真结果,验证了本文仿真模型的合理性和正确性,可以为后续制动气室仿真分析提供计算依据,并详细分析了误差的来源。4、为探究制动气室结构参数对其压力响应特性的影响趋势,对主要因素进行正交试验设计,采用极差分析法分析正交试验结果,获得各试验因素对压力响应时间的影响规律。同时,以压力响应时间为优化目标,利用响应面优化设计方法对制动气室结构参数进行优化设计,将优化结果与参数化模型结果进行对比,验证了所采用的响应面优化方法的正确性。本文对制动气室压力响应特性分析及结构参数优化设计的研究方法,可以为制动气室的设计与开发提供理论指导和技术参考。