ansys制動盤靜態分析的案例
基于復模態的制動盤嘯叫分析(ANSYS APDL) ￥9.9
1 背景介紹
在汽車制動過程中剎車盤和剎車片之間的摩擦會引起剎車盤劇烈而持續的振動，從而導致噪音。目前針對制動嘯叫的主要理論有：摩擦特性理論、自鎖-滑動理論、模態耦合理論、統一理論等。
制動噪音大致可以分為以下三類：
1 低頻噪音：出現頻率往往在1000Hz以下，聲音較為低沉，多為“咯嚓”聲；
2 低頻尖響：制動過程中發生尖叫，多在1000~6000Hz之間；
3 高頻尖響：頻率一般為7000Hz以上，多表現為“嘰嘰”聲。
本案例通過ANSYS APDL模態分析中的復模態分析，確定結構中的不穩定模態，不穩定模態的出現說明制動盤系統非穩定，可能出現制動噪聲。如果系統阻尼比為正，則在制動過程中振動能量將被耗散，振幅越來越小，系統區域穩定，不產生制動噪聲；如果系統阻尼比為負，制動過程中振幅不斷增大，振動能量不耗散反而不斷增大，出現自激勵振動現象，系統非穩定，可能出現制動噪聲。
展開 ABAQUS制動盤熱力耦合分析（雙制動片） ￥3
制動盤采用中性軸算法進行網格劃分。
求解器：
隱式溫度-位移耦合；打開幾何非線性開關
三種情況下打開非線性開關：幾何非線性（大變形）；材料非線性（非線性材料）；邊界非線性/狀態非線性（接觸）。
最大增量步數：1000；最大溫度變化范圍：10℃。
連接關系構建：
定義切向接觸的摩擦系數：0.1；法向接觸默認硬接觸；摩擦生熱的轉換系數默認為1。
主從面接觸選擇原則：主面選擇大面，從面選擇小面。
接觸狀態為正接觸。
約束：創建一個中心參考點并與制動盤的內孔面創建coupling耦合約束以此來實現后續制動盤轉動的定義。
邊界條件設定：
1.位移邊界條件：制動盤的轉動
2.載荷邊界條件：制動片對制動盤的壓力
3.預定義邊界條件：制動片與制動盤的初始溫度的設定
制動盤的溫度云圖
制動片的溫度云圖
下一帖預告：軋制/旋壓仿真。
展開 基于ABAQUS剎車盤制動熱應力分析
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 多盤制動器的摩擦分析
最近小弟正用ansys做一個多盤制動器的摩擦分析，多盤制動器的結構和離合器的差不多，我做的是三組轉動盤和四組定盤構成6對摩擦副，相互擠壓通過動盤于定盤間的摩擦實現制動。由于摩擦副太多，要是用三維模型分析的話計算量太大，模型也較為復雜，看過一篇博士論文也做的相類似的制動器，他采用熱機耦合的軸對稱單元plane13，進行了熱機分析，可小弟我怎么也做不出來，無法施加繞對稱軸y軸的轉動。希望得到高人指點。附上我做的6對摩擦副的接觸壓力分布圖。先謝了！
附件地址：http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=7801
展開 
Hypermesh聯合LS-dyna剎車制動盤仿真分析
擅長領域：dyna/abaqus/hypermesh
專家檔案: http://www.yqgqt.org.cn/content/other/1586
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這是系列案例，后期將會有更多案例推出，歡迎大家關注并點贊～
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，而溫度升高對材料的性能參數有影響，對摩擦副的摩擦學特性也有重要的影響，會直接影響摩擦制動器的性能，所以對摩擦制動器元件溫度場的分析在制動器的設計中具有重要的意義。在傳統的摩擦表面溫度場分析中，大都簡單地假設摩擦熱產生于相互接觸的摩擦副表面，并且人為地預先將熱流分配于相互摩擦的摩擦副的表面上，同時，熱流在兩摩擦副之間的分配是隨時間而改變的。為了更好的研究制動器元件在工作過程中的溫度場的變化，采用著名的顯示動力學計算軟件ANSYS LS-DYNA對制動器進行熱固耦合分析。
LS-DYNA是國際著名的非線性動力分析軟件，是功能齊全的幾何非線性（大位移，大轉動和大應變），材料非線性和接觸非線性程序，LS-DYNA程序有二維和三維熱分析模塊，可以進行穩態或瞬態的熱分析，和熱固耦合分析，可以處理熱傳導，對流和輻射各種熱問題，在焊接，沖壓，鍛壓及碰撞過程中可方便的參考熱問題（如塑形能轉化為熱能的問題）及熱應力問題等。摩擦制動器在工作過程中不僅有制動盤的大位移非線性，而且有制動盤和摩擦片的接觸非線性，并且隨著摩擦產生的熱會使得制動盤和摩擦片溫度均大幅升高，使得其材料性能參數發生變化，涵蓋了幾何非線性，接觸非線性，材料非線性等眾多非線性因素，因此選擇LS-DYNA軟件對制動器的工作原理及溫度場進行仿真研究。
展開 使用Abaqus完成剎車盤制動嘯叫分析
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。Abaqus/CAE界面中可以在相互作用中修改第二步的接觸屬性來實現：
下圖是第二個分析步定義的關鍵字。其實很簡潔沒有幾行。
這里有一個*MOTION, ROTATION命令，似乎是不能使用Abaqus/CAE界面來進行定義。和ANSYS里的那個CMROTATE命令作用比較類似，在這個分析中用于旋轉剎車盤產生摩擦力。
*MOTION, ROTATION ROTOR, 5.0, 0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,1.0
這個關鍵字的語法如下：
簡單來說，第一個5.0定義了旋轉速率5rad/s，后面分別定義了旋轉軸的a點和b點。
后面兩個分析步的定義關鍵字就更少了。在Abaqus中，想要提取包含摩擦阻尼的復特征值，需要先做自然頻率提取分析步，然后做復特征值提取分析步。
在CAE界面中，都屬于線性攝動分析步，一個是頻率，另一個是復數頻率。從下面截圖可以看到，靜力分析步后面只能接頻率分析步，復數頻率分析步需要跟在頻率分析步之后。
計算結果，可以看到第三步和第四步作為線性攝動分析，Abaqus給了它們1e-36，極小的分析步時間。
展開 基于Deform-3D的制動盤轂工藝分析
制動盤轂是高速列車上的重要零件，是典型的薄壁、寬徑、深孔類復雜鍛件。利用Deform-3D模擬軟件對制動盤轂進行數值模擬，對成形過程的速度場、溫度場、應力場、應變場及打擊力進行了分析，揭示了盤轂鍛造過程的成形規律。模擬結果表明，盤轂通過擠壓的方式成形，連皮處溫度下降嚴重，也是變形抗力最大的位置，最終成形結果良好，工藝方案及設備選型合理。
制動盤轂是高速列車制動系統的關鍵零部件，直接影響著高速列車的運行品質和行車安全。制動盤轂毛坯圖如圖1所示，材質為德國牌號C45E鋼，其最大外徑為332mm，最小壁厚為25.5mm，高度為156mm，是典型的薄壁、寬徑、深孔類鍛件。由于盤轂零件外形尺寸較為復雜，傳統的試錯法，會增加制造成本，延長試制周期，因此采用有限元分析技術揭示制動盤轂的成形規律，對實際生產試制提供指導是十分必要的。
模擬方案制定
根據我公司現有設備，鍛壓設備選擇8000t螺旋壓力機，由于螺旋壓力機承受偏載的能力差，不能采用預鍛＋終鍛的鍛造方案。設計的鍛造方案為在8000t螺旋壓力機上鐓粗＋終鍛一火次的鍛造方案，采用中頻感應爐進行加熱。由于8000t生產線現有中頻感應器的限制，選用坯料尺寸為φ170mm，坯料加熱溫度為1200℃，模具預熱溫度為200℃，坯料鐓粗至160mm高后放置在終鍛模中心，進行終鍛。
展開 基于ADINA的車輛制動盤TMC分析示例
基于ADINA的車輛制動盤TMC分析示例
計算模型
◇ 車軸、制動盤、預緊螺栓初始轉速300r/min；
◇ 采用1/2對稱模型； ◇ 制動力零時刻加滿；
◇ 轉動系統其它質量采用附加質量單元施加到模型上；
◇ 所有零件初始溫度為30攝氏度；
◇ 所有零件材料強度參數、熱物理性能參數隨溫度變化；
◇ 所有零件通過裝配面傳遞接觸力、熱；所有零件接觸傳熱表面定義熱阻；
◇ 采用TMC耦合計算方法；
◇ 前10步結果每步保存，之后每20個計算步保存1次計算結果；
1. 讀入幾何模型；
2. 螺栓body分解；
3. 螺栓劃分單元；
4. copy其它螺栓body，并同時copy網格；
5. 定義軸與車輪的face link；
6. 定義螺栓與制動盤接觸，包括螺栓桿部分；注意事項：摩擦系數；協調因子；接觸面傳導系數(熱阻) 10；
7. 定義閘片和制動盤接觸；注意事項：摩擦系數；協調因子；offset=5e-5；接觸面傳導系數1；
8. 定義制動盤與車輪接觸；注意事項：摩擦系數；協調因子；接觸面傳導系數10；
9. 定義單元組并劃分網格；
10. 定義載荷和約束；注意事項：軸心約束；對稱面約束；閘片約束；
11. 定義集中質量1 ton、初始轉速31.42 rad/s；
12. 定義TMC分析的設置，注意溫度場積分格式選擇Trapezoidal Rule；
13. 定義時間步；0.002s,10000步；
14. 定義結果輸出；每隔20步輸出結果；
15.
展開 利用Abaqus用戶子程序實現制動盤熱分析中的熱源移動
在進行制動器熱分析時，若要分析整個制動過程或多次制動后的結果，直接采用接觸摩擦生熱的方式受到制動時間以及大位移接觸的影響，計算較困難，若采用結構靜態傳熱又無法實現隨制動盤的轉動熱源的移動。Abaqus中可通過對結構設置質量流率（MASS FLOW），采用熱傳導分析實現熱源移動。需要注意的是，MASS FLOW不支持CAE，需要通過關鍵字設置。下面以汽車制動盤熱分析說明整個過程及MASS FLOW的使用方法。
首先僅建立制動盤的模型即可，不需要制動片模型。如下圖所示：
分別設置制動盤的材料屬性，設置熱傳導分析步（Heat transfer）。邊界為初始溫度場，對流換熱、熱輻射等。載荷為表面熱流密度，施加在初始制動片與制動盤接觸的面積內。其中需要考慮熱流密度隨制動盤速度的變化，對流換熱系數隨速度的變化，以及對流換熱系數沿制動盤徑向的變化等。如下圖所示為熱流密度施加的區域。
接著設置質量流率（MASS FLOW），首先需要指定質量流率施加的區域，此模型中選擇制動盤的所有節點，將其設置為一個set，給定相應的name（后續將用到此set）。確認材料、分析步、邊界、載荷等設置正確后可輸出inp文件添加質量流率關鍵字或直接在CAE中添加關鍵字。
在step后添加關鍵字，如下圖所示。添加完成后保存inp文件。
接著是最關鍵的部分，質量流率需要使用用戶子程序實現，子程序中需要給出由制動盤速度變化引起的質量流率的變化，以及沿制動盤徑向的質量流率的變化，同時若為多次制動，需要區分制動、停止的過程，僅在制動過程施加質量流率。具體的用戶子程序如下所示:
用戶子程序
求解時調用此子程序計算即可。整個分析過程可看到熱源在制動盤上移動，計算后的溫度場結果如下圖所示。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
展開 Abaqus以制動盤轉動為例的力熱耦合分析Step by Step ￥3
Abaqus以制動盤轉動為例的力熱耦合分析-01-15.pdf
『轉貼』制動抖動引起的轉向盤振動傳遞途徑分析
制動抖動引起的轉向盤振動傳遞途徑分析<BR><FONT color=#ff0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-10-26 10:06:07被IF_THEN評為3星級，為發貼者加分60。</FONT><BR><FONT color=#ff0000><B>點評:</B></FONT><BR><Font color=#FF0000><B>PS:</B>該帖于2006-10-31 18:29:49被starliu編輯過。</Font>
制動抖動引起的轉向盤振動傳遞途徑分析.pdf
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ARCAN 試樣靜態裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench ￥3
本教程包括 ARCAN 樣本的逐步靜態裂紋擴展分析。
步驟 1：概述
在復雜的飛機結構中，裂紋擴展很少以耐久性和損傷容限分析 (DADTA) 中假設的理想方式擴展。通常，施加的載荷并不垂直于裂紋成核特征和隨后的裂紋擴展。這種情況稱為混合型裂紋擴展，或更籠統地說，三維 (3D) 裂紋擴展。大多數 DADTA 僅假設 I 型載荷；因此，工程判斷用于估計理想模型中存在的誤差量。需要更好地了解混合型疲勞裂紋擴展，以設計更好的裂紋預測模型。在混合型疲勞裂紋擴展領域發表的研究成果很少，阻礙了更新、更準確的 DADTA 的開發。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強度和拉伸極限強度組成。
步驟 4：幾何（SpaceClaim 模型）
在 SpaceClaim 上創建的厚度為 1.01 毫米的 ARCAN 樣本的尺寸如下所示：
步驟 5：定義裂縫（命名選擇）
在定義裂紋前沿和裂紋表面時，下圖中可見的邊緣和表面被用作命名選擇：
步驟 6：定義裂紋（預網格裂紋和 SMART 裂紋擴展）
利用上一步創建的命名選擇，“預網格裂紋”定義如下：
具有靜態裂紋擴展選項和 600 MPA.mm ^ (0.5) 應力強度因子的“SMART 裂紋擴展”已通過預網格裂紋定義：
步驟 7：網格操作
已實施“面片符合方法”和“裂紋前沿細化”的默認網格操作。
展開 Ansys案例研究 | 無人機葉片靜態分析
打開 Ansys Workbench，創建一個"靜態結構分析"系統。
2. 定義材料屬性。從本示例提供的 .xml 文件中導入聚碳酸酯的屬性，此處使用該材料僅用于演示目的，但應使用適當的材料屬性。
3. 導入模型，其外觀將如圖 1 所示。
圖 1. 典型的無人機葉片
4. 將材料分配給幾何體。
5. 在葉片中心施加固定約束，如圖 2 所示。
圖 2. 固定約束
6. 施加 0.01MPa 的壓力，如圖 3 所示。
圖 3. 壓力載荷
7. 使用 5mm 的單元尺寸對模型進行網格劃分，然后求解分析。變形和應力云圖如圖 4 所示。
圖 4：總變形和應力云圖
總結
本示例展示了無人機葉片在壓力載荷下產生的變形和應力，可以將其與材料的許用值進行校核，以判斷葉片是否能承受該載荷。
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展開 『原創』ANSYS靜力分析后如何根據結果做靜態精度分析？
ANSYS靜力分析后如何根據結果做靜態精度分析
有限元分析后如何根據分析的結果計算出是否滿足設計靜態精度要求
基于ANSYS Workbench的汽車盤式制動器性能分析 ￥15
靜力分析
第一步，摩擦接觸，設定剎車片與圓盤之間為摩擦接觸，摩擦系數0.3，behavior為Asymmetric。具體描述如下圖所示;
再插入命令流，獲取摩擦接觸的單元，生成制動盤上的目標單元組件，命令流：esel,s,type,,tid，其中tid為目標單元類型。
具體其中一組單元類型獲取方法：
Esel,s,type,,tid
Cm,c1_r,elem
具體命令流見圖所示;
下來靜力分析，默認時間步為1，選擇自動時間步，最小10步，最大30步，打開幾何大變形。描述如下圖所示：
打開重啟動，選擇Manual，載荷步和子步均選擇ALL，非線性控制選擇，牛頓-辛普森算法選擇Unsymmetric算法，即非對稱算法。
施加圓盤內部圓的固定約束，fix displacement。剎車片約束X和Y方向位移。
兩個剎車片施加Z即即面壓力，壓力載荷1Mpa。具體載荷約束情況下圖所示：
模態分析結果
將靜力分析結果輸入到模態分析系統，選擇靜力分析的Solution單元，右鍵選擇Transfer Data To New-Modal，模態分析設置默認Pre-Stress，表示從靜力分析的最后載荷步和子步重啟進行擾動分析。求解30階模態，求解方法選擇unsymmetric方法。
具體流程見附件word文檔，模型為2022R2版本，需要解壓。里面網格劃分，求解文件都已清空，需要重新計算。
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