盘式制动器是汽车制动系统的执行部件，由于具有制动效能稳定、结构尺寸小、散热性能好等优点，所以被广泛应用于轿车及中型卡车上。在制动过程中涉及温度场和应力场之间的耦合作用，这种热结构耦合特性对制动性能具有重要影响，也关系到研发高性能盘式制动器的核心技术。所以本文对该特性进行了深入研究，建立了盘式制动器热结构耦合有限元模型，进行了紧急制动工况下的制动性能模拟，并在耦合分析结果基础上，对盘式制动器制动性能进行了优化。为了解决仿真模型计算量大、耗时长的问题，引入代理模型技术近似表达设计变量与响应函数之间的关系，利用多岛遗传算法进行了优化设计，优化结果表明本文采取的方法有效可靠，提高了盘式制动器的制动性能，为设计盘式制动器提供了一种高效的优化方法。本文的主要工作和结论涉及以下几个方面：⑴盘式制动器热结构耦合有限元模型建立在保证盘式制动器结构力学特性不变及分析精度不降低的前提下，对盘式制动器结构进行了简化处理。利用有限元软件ABAQUS，建立了通风盘式制动器三维接触模型；对模型进行了满足分析精度的有限元网格划分，通过相关经验公式及理论公式计算确定了仿真过程中所需的边界条件，得到了热结构耦合分析模型。⑵盘式制动器热结构耦合仿真分析利用热结构耦合有限元模型进行了紧急制动工况下的制动性能模拟，结果表明：制动盘在制动过程中的温度在初期迅速上升，中期上升幅度减小，后期平稳降低，这主要是由于制动盘和摩擦片接触摩擦时产生的热量与对流散热相互作用的结果。在制动盘径向上温度差别较大，周向温度差别较小，法向温升缓慢。制动盘等效应力呈周期性上升，主要由于摩擦生热、对流散热及热变形的综合作用。摩擦片接触应力分布不均匀，在中部最大，向外部逐渐减小。温度和应力的最大值都是在制动盘与摩擦片接触区域的中线位置上，并且几乎在同一时刻。制动盘的不同厚度对于温度和应力有较大影响，在相同仿真参数下，厚度较小的制动盘同一位置上温度和应力的值都大于厚度较大的制动盘。在耦合过程中，由于温度剧烈上升及分布不均会导致摩擦表面发生热变形,有“凹凸点”生成，导致接触压力发生变化，制动力矩的值也会发生变化，出现波动情况。因此热结构耦合过程中的温度场和应力场的分布情况及变化规律对制动性能的稳定性均有直接影响。⑶构建了预测制动力矩、最高温度及最大应力的代理模型选取对制动性能有重要影响的结构参数，即摩擦片包角A、摩擦片内径d、制动盘外径D、摩擦片厚度h、制动盘厚度H为设计变量，选取最高温度、最大应力及平均制动力矩作为响应值，采用拉丁超立方试验方法安排21组样本点，利用热结构耦合模型计算响应后，汇总样本点信息，采用多项式响应面法构建结构尺寸变量与制动力矩的代理模型，采用径向基函数法构建结构尺寸变量与最高温度、最大应力的代理模型。选用均方根误差法进行误差分析，结果表明:构建的模型代理精度符合要求，能够在此基础上进行优化设计。⑷基于多岛遗传算法与代理模型的制动性能优化设计建立盘式制动器制动性能优化的数学模型，采用多岛遗传算法，以制动力矩最大为目标，以最高温度、最大应力为约束条件对盘式制动器的五个设计变量进行优化设计，优化后制动力矩提高了15.56%；对修正后的优化结果建立有限元模型,进行仿真计算，结果表明：优化后仿真制动力矩为2216.4Nm，比优化前仿真制动力矩1912.6Nm增加了303.8Nm，制动器表面最高温度降低了6℃，最大应力减少了21.8MPa，提高了制动器的制动性能，达到了优化目的。通过热结构耦合分析，获得了温度及应力两者之间的变化规律，掌握了结构尺寸参数对于制动性能的影响规律，在仿真模型计算中引入了代理模型技术，能够快速高效地对制动性能进行优化设计。