ANSYS空氣摩擦的案例
大氣層中的火球，真是空氣摩擦導致的嗎？
我猜你的第一反應，很可能是空氣摩擦，摩擦生熱。包括很多新聞媒體在報道時，也常用摩擦生熱這個說法。
但從空氣動力學的角度看，這說法并不準確。
摩擦力的計算公式是這樣的，大小和相對速度的平方成正比。意味著速度越大摩擦力就越大，產生的熱量也就越多。
用流體仿真軟件AICFD計算一下，航天飛行器通常是超音速飛行，我們用3馬赫數的速度做示例。
計算后，從速度云圖可以看出，前方速度小，兩側速度大，按摩擦力公式，如果摩擦生熱為主導，那么兩側溫度應該更高。
而我們再看溫度云圖，卻是前方溫度更高。這點在相關材料中也得以佐證。那么就意味著除了摩擦這個生熱的原因外，還隱藏著另外更重要產熱因素，是什么呢？
“氣動加熱”，簡單解釋是固體在氣體中高速運動壓縮氣體后被加熱。說到氣動加熱，先看看這個，熟悉嗎？初中物理的空氣壓縮引火試驗。
封閉空間，內部就是常規的空氣，向內移動活塞，壓縮空氣，對其做功，空氣內能增加，溫度升高，棉花被點燃。
總結一下，就是壓縮氣體會使其溫度升高。但你可能會想，這和氣動加熱
有什么關系啊？氣動加熱是高速物體在敞開空間中運動，而這是低速活塞壓縮密閉空間。但你把思路打開，先把密閉空間變敞開，活塞向前，空氣會跑，肯定不會被壓縮對吧，這是因為壓力波會通知前方空氣，讓其為活塞讓路。但壓力波傳播速度是聲速，如果活塞運動的速度接近甚至超過聲速呢，壓力波根本就來不及通知前方空氣。所以，空氣分子就都擠在一起，就這樣在開放的空間被壓縮了，進而空氣溫度升高，溫度計算公式是這樣的，飛行器你可以理解成就是個高速運動的活塞。
按照這公式，以音速運動，也就是1馬赫，被壓縮的空氣溫度將變為原來的1.2倍。5
而高溫空氣再通過輻射，將熱量傳給飛行器。飛船返回艙穿過大氣層時，速度能達到8km/s。
展開 什么是空氣軸承，真的能無摩擦磨損嗎？
優點
非接觸軸承，低摩擦
寬范圍的轉速操作能力：從0rpm至350000rpm以上
這些主軸具特有的高剛性和高負載能力，可液體冷卻，僅產生低動態偏心。
高旋轉精度，低主軸移動誤差
由于非接觸表面而具有較長的使用壽命
低產熱
缺點
制造過程中要求高幾何精度
需要潔凈且干燥的加壓空氣供應
空氣軸承的最大缺點，大概就是對精度要求高、生產技術難度大了吧，這也是為什么這種在設計負載內，能做到無摩擦、無磨損的軸承沒有普及了。
空氣軸承真的能無摩擦，無磨損嗎？
如今在一些先進的機械設備中，需要更高精度、更長使用壽命和更大承載能力的軸承，空氣軸承就能滿足這樣的要求
為什么使用空氣軸承？
優點
非接觸軸承，低摩擦
寬范圍的轉速操作能力：從0rpm至350000rpm以上
這些主軸具特有的高剛性和高負載能力，可液體冷卻，僅產生低動態偏心。
高旋轉精度，低主軸移動誤差
由于非接觸表面而具有較長的使用壽命
低產熱
缺點
制造過程中要求高幾何精度
需要潔凈且干燥的加壓空氣供應
空氣軸承的最大缺點，大概就是對精度要求高、生產技術難度大了吧，這也是為什么這種在設計負載內，能做到無摩擦、無磨損的軸承沒有普及了。
展開 【5/17更新】空氣軸承真的能無摩擦、磨損嗎？
有沒有一種軸承，只要不超過它的設計負載，軸承就不會產生摩擦和磨損？答案是有的，就是空氣軸承。
今天我們就來聊聊空氣軸承是什么，以及為什么要使用空氣軸承。
什么是空氣軸承？
大多數人在說到軸承時，通常會想到滾珠軸承。在此類軸承中，固定表面和移動表面被一系列潤滑滾珠隔離。這些滾珠沿著特殊軌道或滾道運動。也許最常見的應用，是一個軸在固定的輪轂內旋轉，例如汽車或自行車前輪上的驅動軸。
在空氣軸承中，滾珠由氣墊代替。空氣軸承最為人熟知的應用之一或許是氣墊船。
巨大的風扇在氣墊船下方吹動空氣，通過彈性橡膠 “裙邊” 阻止空氣的逸出。氣墊船下方所產生的高氣壓能夠支撐船體重量，因而使其漂浮在氣墊上。巨大的氣墊不僅起到支撐船體重量的作用，而且還作為一個軟彈簧使船體平穩地漂浮在粗糙的陸地表面或水面上。
可將同樣的原理運用在轉軸軸承。將高壓空氣注入轉軸和固定軸承之間的空隙中。該空隙非常小（約為 0.01 毫米），從而使得空隙中的空氣壓力保持不變。而且，這一狹小的空隙也顯著降低了氣墊的“彈性”，從而使軸非常精確地固定，即僅可產生低動態偏心。由于摩擦力很低，軸便可以自由地旋轉，而且空氣壓力可確保轉軸不與固定軸承表面相接觸。
空氣軸承最常用的氣體介質是空氣，根據不同需要也可以是氮氣、氫氣、氦氣、二氧化碳等等。如今在一些先進的機械設備中，需要更高精度、更長使用壽命和更大承載能力的軸承，空氣軸承就能滿足這樣的要求。
為什么使用空氣軸承？
展開 
ANSYS workbench摩擦盤熱結構耦合動力學 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習摩擦盤的三維模型處理
2、學習摩擦盤熱結構耦合接觸相關的接觸設置
3、學習熱結構耦合動力學分析步的建立
4、學習摩擦盤熱結構耦合接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 摩擦盤熱結構耦合動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
?
?ANSYS、Ls-dyna小球摩擦考慮溫度劣化熱力耦合 ￥50
ANSYS中可采用熱力耦合算法來綜合考慮溫度及荷載對材料的損失演化規律。對于顯式動力分析中，可通過CONTROL_THERMAL_NONLINEAR、CONTROL_THERMAL_SOLVER、CONTROL_THERMAL_TIMESTEP來調用熱分析步，同時在材料中需要額外定義考慮溫度劣化的材料本構。
基于此，建立了小球摩擦生熱案例，在該模型中考慮了溫度劣化及材料摩擦痕跡，隨著循環摩擦次數的增加，溫度總體呈現出上升趨勢。
ANSYS摩擦磨損仿真 ￥49
磨損量統計
ANSYS接觸摩擦熱分析
ANSYS接觸摩擦熱分析
例子來源于ANSYS幫助文檔。
分析兩接觸面的摩擦熱，模型如圖1所示。上面的摩擦面一直滑動，與下接觸面摩擦產生熱。分析時采用直接耦合的方法，采用plane13單元，屬于2D耦合場單元，接觸面的目標面采用TARGET169，接觸面采用CONTA171。分析時采用瞬態分析步完成。
圖1
材料、幾何尺寸與載荷約束如圖2所示。
圖2
建模時創建兩個blocks，上面的稱為sliding block，sliding block的下表明為CONTACT AREA，下面的為fixed block，fixed block的上表面為TARGET AREA。
第一個載荷步，sliding block在10MPa的壓力作用下沿著fixed block的上表面滑動3.75mm的距離。滑動過程中產生熱源，并且被兩個block吸收。
定義block單元
ET,1,PLANE13,4 !后面的4表示KOP1系數為4，代表自由度為UX, UY, TEMP
其他過程為定義材料屬性和建模以及定義接觸屬性。
展開 Ansys 案例研究 | 空氣冷卻式摩托車發動機分析
圖4 空氣冷卻式發動機的設計（b）
?
8、確定邊界條件并運行模擬。
設計(c)
9、重復步驟7-8，但使用設計(c)的幾何形狀。設計(c)幾何形狀的示意圖如圖5所示。相應的結果如圖7(a)和7(b)所示。
圖5 空氣冷卻式發動機的設計(c)
由于質量被用作評估設計的標準，因此我們需要計算出該幾何體的質量。這一信息已匯總在相應幾何體的屬性詳情中，如圖6所示。
圖6 幾何屬性
本案例比較了三種不同設計下發動機冷卻所需的時間，演示了瞬態熱分析的過程。通過模擬來尋找解決方案并推動工程決策的制定。
附錄：
鰭片和圓柱體是彼此獨立的部件，它們在共同表面上共享拓撲結構(圖7)。在ANSYS Mechanical中進行箱選操作時，它會選擇箱內所有表面，包括內表面和共享表面。共享表面無法用于對流邊界條件中，因此在執行此類操作時會出現錯誤提示。
為了高效的選擇垂直鱗設計中的所有外表面(而不是逐個點擊)，我們采用了命名選擇方法。首先，創建一個圓柱形局部坐標系(見圖8(a))，其z軸與圓柱軸對齊。其次，創建名稱選擇，并使用兩條規則選擇外層面(見圖8(b))。所選面如圖8(c)所示。
圖7 共享曲面
圖8(a) 創建一個圓柱形局部坐標系
圖8(b) 用于選擇外表面的命名規則
圖8(c) 外部表面的示意圖
圖8為創建名稱選擇的步驟
掃一掃查看案例視頻
展開 使用 ANSYS FLUENT 進行汽車空氣動力學仿真（僅車模） ￥10
?
軟件：
Pro/Engineer 野火版， 渲染
car.stp
car.prt.5
類別：
汽車
標簽：
汽車, 空氣動力學, ansys , Fluent , CFD
?編輯
?
ANSYS workbench 摩擦磨損案例 ￥5
ANSYS workbench 摩擦磨損案例
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。現在滑塊在定塊表面上滑行3.75mm，要求摩擦而產生的熱量，并計算滑塊和定塊內部的溫度分布和應力分布。
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：23.86e-6/k；摩擦系數：0.2；熱導率：150W/(M K)；比熱：900J/(kg K）
(注)該問題來自于許京荊的《ANSYS13.0 WORKBNCH數值模擬技術》,中國水利水電出版社，2012，P381.
【問題分析】
關鍵技術分析：
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) 使用瞬態結構動力學分析系統
（2）在該系統中更改單元為PLANE223,它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結構-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）在求解設置中，關閉結構分析的慣性部分，而只做靜力學結構分析，但是對于熱分析仍舊做瞬態熱分析。
（5）由于使用了瞬態動力學分析，結果中默認是沒有溫度可以直接從界面中得到的。需要自定義結果，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 AnsysWB摩擦效應-木樁堆疊的模擬 ￥10
本案例在展示摩擦力的影響。對木料堆在重力載荷下的運動進行了建模。首先進行了木料之間無摩擦接觸的模擬，然后通過改變接觸為有摩擦的方式重復模擬。增加足夠大的摩擦力有助于木料堆保持整體性。模擬采用顯式動力學分析，并假設木料為剛性體，因為它們的應變不是本次模擬關注的重點.
AnsysWB-FSW(攪拌摩擦焊熱應力仿真) ￥10
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態焊接技術，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉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生熱量。工件材料的塑性變形也會產生額外的熱量。產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的固體焊縫。整個過程中不會發生熔化，產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焊接技術具有諸多優勢，并已在航空航天、汽車和造船等行業成功應用。
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。該模型由具有結構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生大部分熱量的原因。在板片的接觸界面處規定了一個粘結溫度，以此來模擬工具后面的焊接過程。當接觸表面的溫度超過這個粘結溫度時，接觸狀態就會轉變為粘結狀態
展開 ANSYS助力Telma縮短無摩擦制動系統上市進程
采用ANSYS多物理場仿真解決方案將物理原型數量減少了10倍
2019年12月5日，匹茲堡訊 – 全球領先的無摩擦制動系統供應商Telma在最新三款減速器系列產品中采用ANSYS（NASDAQ: ANSS）技術，大幅縮短了產品上市進程，并優化了產品研發成本，該系列減速器是采用電磁感應原理實現制動的系統。借助ANSYS技術，Telma將原型數量從在過去10年內驗證所需的10個減少到如今的1個，從而加快減速器研發進度，將制動系統的細顆粒物排放減少高達90%，同時大幅降低了維護成本。
圖注：定子磁通密度和轉子功率損耗密度
減速器可用于重型車輛、采礦機械、風力渦輪機和電梯等領域，能夠釋放減速期間產生的大部分能量，而這需要在極端條件下測試和驗證減速器，以確保使用時的功能和安全性。在ANSYS的協助下，Telma工程師用仿真技術代替了耗時且昂貴的物理原型設計及測試流程，從而幫助工程師在工作中更好地管理電磁、流體和結構力學現象。Telma利用ANSYS高保真度多物理場仿真解決方案對這些虛擬原型進行建模、仿真和驗證，不僅顯著降低了成本，還加快產品上市進程。
Telma研發總監Nicolas Quennet表示： “采用ANSYS仿真解決方案，我們能全面掌控這三種物理分析，并且在一次迭代中就能完成模型驗證。我們的工程師可以輕松復制模型，仿真所有或部分產品，另外還有助于推進創新。此外，ANSYS作為工程仿真軟件的領導者，他能為現有客戶和潛在客戶保障卓越性與高質量。”
ANSYS系統耦合與數據分析首席產品經理Chris Wolfe指出： “Telma的產品影響力極其顯著，不僅因為它們是車輛安全的基本保障，還在于他們對環境產生積極的影響。
展開 