剎車制動盤冷卻
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-31
剎車制動盤冷卻的視頻教程
基于Workbench的汽車剎車制動盤摩擦生熱問題的仿真
摩擦制動器工作時，剎車盤在摩擦力作用下停止運動，然而靠摩擦產生的熱量使摩擦片溫度升高，影響其使用性能，本視頻基于ANSYS Workbench軟件對該實例進行模擬。 本視頻分析模塊采用瞬態動力學求解模塊，建立模型，材料設定，單元設定，劃分網格，設置邊界條件，求解，查看結果。 注：本實例僅僅為仿真方法，由于參數未知顧各種參數均為假設。
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abaqus汽車剎車制動盤摩擦生熱
汽車剎車制動盤摩擦生熱基礎案例，該案例還是存在幾個技術注意點的，初學者基本不可能自己能摸索出來，雖然就是簡單的幾個操作，但是不知道確實憋死人。該計算容易出現收斂問題，幾個調收斂的注意點都說明了
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剎車制動盤冷卻的實例教程
本周我們來聊聊剎車制動盤冷卻的CFD分析。
首先來了解一下汽車的剎車制動系統，一般制動方式可以分為鼓式制動和盤式制動。
鼓式制動是通過液壓裝置將剎車鼓內的剎車片往外推，使剎車片與剎車鼓之間形成摩擦產生制動效果。其特點是成本低，工作可靠，制動力大，但是散熱較差，抗熱衰退性較弱。目前主要應用在入門級車的后輪制動器，更多的是應用于商用車領域。盤式制動如下圖所示，通過卡鉗將剎車片壓緊制動盤，靠剎車片與制動盤之間的摩擦來實現制動。它的特點是成本較高，散熱好，抗熱衰退性強，制動效果好，目前乘用車基本采用的是這種盤式制動。
根據散熱性能要求的不同，盤式制動還可以分為普通的盤式制動，通風盤式制動和打孔通風盤式制動。普通盤式制動，即沒有通風結構，通常會布置在后制動器上。通風盤式制動，即在普通盤式制動基礎上增加了通風結構，散熱更好，是目前最常見的制動盤形式。而對于一些高性能的跑車，在通風盤基礎上還會增加很多通風孔，進一步提高它的冷卻效果。
保時捷911上的打孔通風制動盤
說完結構原理和分類，我們就要談談什么是制動器的熱衰退性。簡單一些來說，就是溫度升高后制動摩擦副的摩擦系數會降低，制動性能會下降。所以如果一個制動系統的散熱比較好，長時間制動后摩擦副的溫度也不高，那么我們就說這個制動器的抗熱衰退性能較好。
為了提高制動系統的抗熱衰退性，就需要對制動盤進行散熱，有研究表明，制動盤冷卻過程中，有90%的熱量是通過熱對流形式的帶走的，通過熱輻射帶走的熱量則不到10%。因此對制動盤進行合理的設計，組織制動盤周圍氣流，加強其對流散熱能力，是提高制動器制動性能的重要方法。
展開 本案例目的在于如何在ABAQUS中實現剎車盤制動熱應力簡單仿真分析，類似的案例在技術鄰中有不少，寫這個帖子的目的在于討論整個仿真過程中遇到的問題以及如何去解決。本案例的幾個難點：材料參數的設置，約束和加載，接觸的定義。在這里重點討論接觸的定義，以及在接觸設置中存在的問題。
本案例的討論將持續完善！對本案例感興趣的朋友，麻煩點個贊，并在下方留下你的郵箱，集滿40個贊，模型將統一發到各位的郵箱，謝謝！
ABAQUS中B31焊點創建：紅色圓圈處是為了創建的焊點（首先沿著B31單元的方向，在最近的殼單元上獲得一個投影點（projectpoint);然后在投影點與B31單元的節點之間通過一個剛性梁單元(rigidbeam)連接，從而將投影點的位移、力和力矩傳遞到B31單元的節點。）
幾種焊點分析對比：
展開 3.2制動盤溫度云圖分析
通過lsprepost提取制動盤的不同時刻的溫度云圖如圖6所示，由圖可以看出，與剎車片接觸區域的溫度始終是整盤最高的溫度區域，處于接觸區域的徑向中間位置，并隨著剎車片的下壓，制動盤和摩擦片的溫升隨摩擦熱流的增大而一直呈上升趨勢，溫升區域逐漸向內徑和外徑方向擴大，溫度分布越來越分散，最后當力達到4699.8N時，摩擦熱流和對流換熱的作用相當，溫度達到最大值，制動盤溫度最高為153.7度
圖6 制動盤不同時刻溫度云圖
提取制動盤不同徑向方向單元，分析在分析過程中其溫度變化趨勢，提取單元如圖7所示，提取不同的單元溫度時間曲線如圖8所示，由圖可以看出，單元溫度曲線呈折現上升趨勢，這是因為當在與剎車片接觸過程中，剎車片溫度升高，在其他時間剎車片與空氣對流，溫度稍微降低，在第二次與剎車片接觸過程中又繼續升高，單元A,H處于離剎車片的內邊緣和外邊緣，是離接觸地方最遠的區域，因此溫度變化較小，其他的越靠近接觸的地方溫度升高越快。
圖7 制動盤提取單元示意圖
圖8 制動盤提取單元時間溫度曲線
3.3剎車片溫度云圖分析
提取剎車片不同時刻的溫度云圖進行查看，如圖9所示，由圖可以看出，剎車片隨著制動過程的進行，溫度逐漸升高，并且最高溫度位于剎車片邊緣區域，剎車片溫度最高可以達到267.2度，高于制動盤，這是因為在制動過程中，剎車片一直處于接觸摩擦過程中，對熱換熱較小，以上分析與實際相符。
展開 來看看Abaqus這個案例的模型：
畢竟是剎車盤嘛，長得肯定都差不多。但我覺得Abaqus這個模型確實要比ANSYS家那個模型更接近實際一點。事實也的確如此，這個模型是TRW，天合汽車集團一款真實的盤式制動器的簡化版本。
SIMULIA還在案例文檔里給了個鳴謝。
好，下面正式開始。
剎車片本體使用了各向異性的有機摩擦材料。各向異性材料意思就是彈性系數矩陣D的每一項都可以自己定義。前面幾項參數如圖所示，后面的……看inp文件吧。
剎車盤轉子材料為鑄鐵，其他零件材料為結構鋼。這些都沒啥好說的。
單元類型為C3D6和C3D8I。這個I代表非協調模式。總之是一階六面體單元為主。
接下來定義接觸。Abaqus讀取inp文件的時候提示錯誤，接觸對沒有正確導入。不過沒關系，這個模型的接觸對不算太多。正好學習一下接觸對定義的關鍵字。
在*CONTACT PAIR關鍵字下，第一個寫出的是從表面，第二個是主表面（這和我直覺猜測相反啊）。所以我們據此定義接觸對即可。一共四個，都是產生嘯叫的滑動摩擦，兩個在正面兩個在背面。
——為啥每一面有兩個接觸對呢？因為，您看這俯視圖，它剎車片就有前后兩個部分~
接下來是邊界條件定義。
剎車片的兩側耳朵處約束x和y方向位移（放開指向剎車盤方向的位移自由度）；
剎車片上施加大小為500的均布壓強（注意這個模型的單位制，質量是kg，長度單位是mm，算起來壓力單位應該是kPa。即0.5MPa）
第一個分析步，剎車片和剎車盤之間沒有摩擦力，只是為了讓它們之間建立接觸。
而第二個分析步，inp文件中使用了*CHANGEFRICTION關鍵字來改變摩擦系數，改為0.3。
展開 摩擦制動器工作時，剎車盤在摩擦力作用下停止運動，然而靠摩擦產生的熱量使摩擦片溫度升高，影響其使用性能，本文基于ANSYS Workbench軟件對該實例進行模擬。
注：本實例僅僅為仿真方法，由于參數未知顧各種參數均為假設
分析模塊采用瞬態動力學求解模塊，建立模型，劃分網格，設置邊界條件，求解，查看結果。
仿真模型
剎車盤和摩擦片如圖所示，便于網格劃分，剎車盤分為兩部分，另外采用對稱方式，取一半模型
網格劃分
網格如圖所示
對稱設置
選擇剎車盤的盤面設置為對稱，如圖
將模型的單元更改為226耦合場單元
et,matid,226,11 ！設置關鍵字為11，表示自由度包含溫度temp
接觸設置
將摩擦片和摩擦盤之間的接觸設置為frictional 摩擦系數調整為0.2
摩擦關鍵字設置為keyop,cid,1,1，考慮溫度
方程設置為增強拉格朗日方程，stiffness update設置為each iteration
旋轉設置
設置圓孔中心為鉸鏈旋轉，如圖
邊界條件
添加鉸鏈驅動為旋轉角度驅動，旋轉3圈，共1080度
添加摩擦片的位移約束，將摩擦片四邊設置為XY方向0位移，Z向可動
添加摩擦片上表面受力4000.N
設置步長
設置為三步，步長設置為100，10，1000，時間共4秒時間
添加求解設置
/solu
alls
tref,0 ！參考溫度為0度
trnopt,full
timint,off,struc ！
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本周我們來聊聊剎車制動盤冷卻的CFD分析。
首先來了解一下汽車的剎車制動系統，一般制動方式可以分為鼓式制動和盤式制動。
鼓式制動是通過液壓裝置將剎車鼓內的剎車片往外推，使剎車片與剎車鼓之間形成摩擦產生制動效果。其特點是成本低，工作可靠，制動力大，但是散熱較差，抗熱衰退性較弱。目前主要應用在入門級車的后輪制動器，更多的是應用于商用車領域。
講完了APDL Showcase1的剎車盤制動嘯叫分析后，我在達索的SIMULIA User Assistance里搜索Brake squeal，也找到了非常類似的案例。在此一并分享出來供大家學習對比。
Abaqus的案例和ANSYS類似，也分為比較簡單的驗證案例和相對復雜的技術展示案例兩類。分別位于三個目錄下：
Abaqus/Benchmarks. 這里放著一些標準測試案例
本案例目的在于如何在ABAQUS中實現剎車盤制動熱應力簡單仿真分析，類似的案例在技術鄰中有不少，寫這個帖子的目的在于討論整個仿真過程中遇到的問題以及如何去解決。本案例的幾個難點：材料參數的設置，約束和加載，接觸的定義。在這里重點討論接觸的定義，以及在接觸設置中存在的問題。
本案例的討論將持續完善！對本案例感興趣的朋友，麻煩點個贊，并在下方留下你的郵箱，集滿40個贊
摩擦制動器工作時，剎車盤在摩擦力作用下停止運動，然而靠摩擦產生的熱量使摩擦片溫度升高，影響其使用性能，本文基于ANSYS Workbench軟件對該實例進行模擬。
注：本實例僅僅為仿真方法，由于參數未知顧各種參數均為假設
分析模塊采用瞬態動力學求解模塊，建立模型，劃分網格，設置邊界條件，求解，查看結果。
仿真模型
剎車盤和摩擦片如圖所示，便于網格劃分
擅長領域：dyna/abaqus/hypermesh
專家檔案: http://www.yqgqt.org.cn/content/other/1586
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1 前沿
摩擦制動器工作時，運動部件在運動過程中，由于接觸所產生的摩擦會使得摩擦副元件的溫度升高
