ansys摩擦生熱仿真的案例
基于ANSYS WORKBENCH的摩擦生熱分析
本篇文章說明，如何在WORBENCH中通過改變單元的形式來做摩擦生熱的耦合分析。
【問題描述】
在一個定塊上，有一個滑塊。在滑塊頂頂面上施加一垂直于表面指向定塊的10MPa的分布力系。現(xiàn)在滑塊在定塊表面上滑行3.75mm，要求摩擦而產(chǎn)生的熱量，并計算滑塊和定塊內(nèi)部的溫度分布和應(yīng)力分布。
定塊的尺寸：寬5mm，高1.25mm，厚1mm
滑塊的尺寸：寬1.25mm，高1.5mm，厚1mm
材料：彈性模量：7e10Pa;泊松比：0.3；密度：2700kg/m(3);熱膨脹系數(shù)：23.86e-6/k；摩擦系數(shù)：0.2；熱導(dǎo)率：150W/(M K)；比熱：900J/(kg K）
(注)該問題來自于許京荊的《ANSYS13.0 WORKBNCH數(shù)值模擬技術(shù)》,中國水利水電出版社，2012，P381.
【問題分析】
關(guān)鍵技術(shù)分析：
此問題屬于摩擦生熱，不能夠使用載荷傳遞法，而只能使用直接耦合法。這就是說，只能用一個耦合單元來計算摩擦生熱問題。
解決該問題的基本思路如下:
(1) 使用瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析系統(tǒng)
（2）在該系統(tǒng)中更改單元為PLANE223,它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結(jié)構(gòu)-熱分析功能。
（3）定義兩個載荷步，第一步將動塊移動到指定位置，第二步保持最終位置，以獲得平衡解。
（4）在求解設(shè)置中，關(guān)閉結(jié)構(gòu)分析的慣性部分，而只做靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，但是對于熱分析仍舊做瞬態(tài)熱分析。
（5）由于使用了瞬態(tài)動力學(xué)分析，結(jié)果中默認(rèn)是沒有溫度可以直接從界面中得到的。需要自定義結(jié)果，提取溫度。
（6）此問題要多處使用插入命令的方式，從而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。
展開 基于ANSYS WORKBENCH的結(jié)構(gòu)熱耦合分析之摩擦生熱案例（附：源文件和視頻教程）
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考慮摩擦生熱時的磨損有限元仿真 ￥100
本例為上一例的延續(xù)，在進行磨損仿真時，考慮摩擦產(chǎn)熱及摩擦系數(shù)、磨損系數(shù)隨溫度的變化，需進行熱/結(jié)構(gòu)仿真，可拓展應(yīng)用于剎車制動等領(lǐng)域。
本例所設(shè)置摩擦系數(shù)隨溫度變化曲線如下
磨損系數(shù)隨溫度變化曲線如下
磨損深度變化動畫如下
滑塊溫度變化動畫如下，可見在接觸位置由于摩擦不斷產(chǎn)生熱量，由接觸位置逐漸向其他位置擴散。
論文推薦 | 燃料泵柱塞油膜摩擦生熱CFD仿真分析
中國船舶集團有限公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077
對水下燃?xì)鉁u輪機動力系統(tǒng)燃料泵柱塞油膜摩擦生熱問題, 結(jié)合流體力學(xué)動網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格方法, 根據(jù)柱塞運動方程進行用戶自定義函數(shù)編程, 考慮油液的粘溫特性建立燃料泵柱塞油膜仿真計算模型, 并給出了柱塞油膜摩擦生熱建模分析方法。根據(jù)所提出分析方法對柱塞油膜摩擦生熱進行了仿真分析, 研究了出口壓力、壁面溫度及轉(zhuǎn)速等參數(shù)對油膜摩擦生熱引起溫度變化的影響規(guī)律。獲得如下結(jié)論: 入口壓力為0.5 MPa時, 出口壓力的變化對油膜溫度上升影響較小, 且油膜頂部位置溫度上升量最大, 在轉(zhuǎn)速為2 250 r/min工況下溫度上升量可達(dá)4 K左右; 2) 在300~373 K范圍內(nèi), 壁面溫度每上升20 K, 油膜頂部溫度上升量降低約50%, 且373 K時油膜頂部溫度上升量僅為300 K時的9.2%; 3) 油膜溫度上升量與轉(zhuǎn)速近似呈線性關(guān)系。
引
言
目前對柱塞油膜的研究大多以仿真方法為主[2-4], 通過求解雷諾方程得到油膜壓力分布, 而對柱塞油膜摩擦生熱引起的溫升研究較少。王智慧等[5]對柱塞油膜進行了研究, 采用給定邊界條件, 先后求解雷諾方程和能量方程, 得到溫度分布后再修正油液黏度分布。訚耀保等[6]通過能量傳遞的方法計算油膜溫度分布, 重點分析了轉(zhuǎn)速、工作壓力及入口油溫等因素對油膜溫度的影響。
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ANSYS中不需要插入命令的摩擦生熱分析 ￥1
ANSYS中不需要插入命令的摩擦生熱分析
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摩擦生熱產(chǎn)生高溫，在汽車剎車系統(tǒng)當(dāng)中的是一個關(guān)鍵的考慮標(biāo)準(zhǔn)，其主要原理是將摩擦盤的旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為熱能，根據(jù)理論計算在短時間內(nèi)，物體的溫升在忽略散熱的情況下，由CmT=1/2m^2所決定，即動能轉(zhuǎn)化為熱能，考慮材料的比熱容和質(zhì)量既可以粗略的估算出物體的溫度
但實際情況是溫度不均勻分布，估算值和實際情況相差很多，那么仿真分析就是一個很好的計算方法，可以盡可能的考慮參數(shù)的變化過程和最后的溫度分布情況。在ANSYS中可以設(shè)置相關(guān)的參數(shù)進行仿真。可以參考文章或視頻查看。
之前的設(shè)置都需要重新設(shè)置材料的單元編號，由于ANSYS Workbench中默認(rèn)單元是186單元，需要重新插入命令更改單元。需要更改接觸單元的關(guān)鍵字，考慮熱傳導(dǎo)和摩擦熱效果。所有這些對于新手來說是不太方便的。那么有沒有一種簡單的方法來實現(xiàn)該功能呢？答案是肯定的。新方法就是使用最新版的ANSYS 2019R3。
展開 基于Workbench的汽車剎車制動盤摩擦生熱問題的仿真
不考慮結(jié)果的慣性效果
提取結(jié)果
1）變形
由于為旋轉(zhuǎn)運動，因此最大位移為正弦變化，如圖所示
2）應(yīng)力
選擇中，摩擦盤受到壓力作用，應(yīng)力增大，提取結(jié)果
3）溫度
由于參考溫度為0度，故提取的溫度就是溫升，第1秒，第2秒，第3秒和第4秒結(jié)束時的溫度如圖
該實例對汽車摩擦片的摩擦效果進行了仿真方法的研究，可以較好的模擬該類摩擦生熱熱的仿真，如果考慮初始旋轉(zhuǎn)速度和摩擦系數(shù)等其他參數(shù)合適的加載，可以較好的得到摩擦片的停止轉(zhuǎn)動時間，為汽車摩擦片的設(shè)置提供很好的指導(dǎo)意義。
展開 workbench轉(zhuǎn)動摩擦生熱分析（借鑒技術(shù)鄰ansys專家帖）
分析類型：熱結(jié)構(gòu)直接耦合分析
分析平臺：ansys workbench 17.0
分析人：技術(shù)鄰 一無所有就是打拼的理由
技術(shù)難點：接觸設(shè)置及轉(zhuǎn)動邊界條件設(shè)置
研究模型：思想來源于許京荊的《ANSYS13.0 WORKBNCH數(shù)值模擬技術(shù)》滑動摩擦生熱的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，模型及尺寸自選。
注：網(wǎng)格為自動劃分較為粗糙，但不影響結(jié)果的正確性。
可代做業(yè)務(wù)：結(jié)構(gòu)分析，熱分析，熱結(jié)構(gòu)耦合分析等。
轉(zhuǎn)動視頻請查看如下附件：
轉(zhuǎn)動摩擦生熱.avi
RecurDyn熱力學(xué)仿真新突破：摩擦生熱與油冷散熱的集成解決方案
wx_fmt=gif&from=appmsg"></p><p class="ql-align-center"><strong>RecurDyn摩擦生熱仿真（剎車盤）</strong></p><p>摩擦生熱往往伴隨著結(jié)構(gòu)的變形，這勢必會增加仿真的難度和時間。為了提高仿真效率，RecurDyn2025提供了兩個選項：</p><p><strong>1.剛體熱仿真模式 (Treat All FFlex Bodies as Rigid Bodies):</strong>對于<strong>不關(guān)注結(jié)構(gòu)熱變形</strong>的場景，此選項將所有部件視為剛體進行動力學(xué)和摩擦生熱計算。<strong>大幅提升仿真速度</strong>，同時仍能準(zhǔn)確獲取摩擦熱源和基礎(chǔ)溫度分布。</p><p><strong>2.熱傳導(dǎo)速率調(diào)節(jié)：</strong>新增選項允許調(diào)整熱傳導(dǎo)的速度比例，可<strong>顯著縮短</strong>系統(tǒng)達(dá)到熱變形穩(wěn)定狀態(tài)所需的計算時間，特別適用于快速評估或參數(shù)研究。</p><p><img src="https://mmecoa.qpic.cn/mmecoa_png/bcq1RnfYQy9MWMlOQ35Cff1xm1Wt5RwOuYClZgObuaHqy82dzBXqZTGWYQO0rtRTtnWTZNJdCoaZdgzQTT9DYg/640?wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p>除了生熱，散熱也是工程師的頭疼問題，尤其是在電機油冷領(lǐng)域，基于RecurDyn與ParticleWorks的協(xié)同仿真可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)<strong>運動-流體-傳熱</strong>的完整閉環(huán)。
展開 AnsysWB-FSW(攪拌摩擦焊熱應(yīng)力仿真) ￥10
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態(tài)焊接技術(shù)，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉(zhuǎn)工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動。隨著工具沿焊縫移動，工具肩部與工件之間的摩擦產(chǎn)生熱量。工件材料的塑性變形也會產(chǎn)生額外的熱量。產(chǎn)生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續(xù)的固體焊縫。整個過程中不會發(fā)生熔化，產(chǎn)生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度。攪拌摩擦焊相較于傳統(tǒng)焊接技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，并已在航空航天、汽車和造船等行業(yè)成功應(yīng)用。
在攪拌摩擦焊過程中，熱行為和機械行為是相互依存的。由于溫度場會影響應(yīng)力分布，因此本示例采用了一個完全熱機械耦合模型。該模型由具有結(jié)構(gòu)和熱自由度的耦合場實體單元組成。模型包含兩塊矩形鋼板和一個圓柱形工具。在模型上施加了所有必要的機械和熱邊界條件。模擬分三個載荷步進行，分別代表過程中的壓入、停留和移動階段。
計算得出的摩擦熱生成量和塑性熱生成量表明，工具肩部與工件之間的摩擦是產(chǎn)生大部分熱量的原因。在板片的接觸界面處規(guī)定了一個粘結(jié)溫度，以此來模擬工具后面的焊接過程。當(dāng)接觸表面的溫度超過這個粘結(jié)溫度時，接觸狀態(tài)就會轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)狀態(tài)
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