ansys摩擦熱模擬
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys摩擦熱模擬的視頻教程
ansys摩擦熱模擬的實例教程
最近有網友問摩擦生熱的模擬，并上傳了KEY文件，下了后簡單地看了一下，做了些修改，加上我自己的理解。實現了這個模擬。
下圖是后處理動畫。需要注意的就是正確理解相關的一些基本概念。
比如庫侖摩擦第一定律（滑動摩擦定律）：摩擦力跟作用在摩擦面上的正壓力成正比，跟外表的接觸面積無關，即：f＝μ·N。
大家看過后處理動畫后，我提個問題，誰能告訴我為什么只有下半部分溫度升高，我給他加分。
(文件大，我做了1000步模擬，全傳傳不上來，只取了一部分。)
展開 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。
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展開 在LS-Dyna中模擬摩擦生熱
問題描述：
一短一長的兩個塊狀物體發生相對滑動，兩物體初始溫度為293K，在小的方塊頂部施加100Mpa的壓力，小方塊在長方體上以10mm/s的速度進行滑動，滑動過程中的動摩擦系數為0.5，考慮兩者之間的接觸熱，兩物體材料屬性為：
密度：7800kg/m^3
彈性模量：200GPa
泊松比：0.3
比熱：0.5 KJ/(Kg·K)
熱導率：40 W/(m·K)
材料屬性定義：
由于幾何模型較為簡單，讀者可以自行在LS-prepost中創建，也可以使用第三方軟件進行建立。在導入有限元模型之后，開始定義材料屬性。
定義材料的熱屬性時，需要添加MAT_THERMAL_ISOTROPIC(T01)對兩個物體的熱屬性進行設置。主要設置HC(比熱容)和TC(導熱系數)。
小方塊用彈性材料MAT_ELASTIC (001)表示，并考慮變形：
長方體用剛體材料MAT_RIGID(020)，這里剛體材料可以提高計算速度，也可對物體進行約束。CMO=1，CON1約束3個平移方向，CON2約束3個旋轉方向。
小方塊的邊界條件：
對小方塊進行約束前，需要選擇小方塊所有的節點，并建立節點集合, Model > CreEnt > Set Data >*Set NODE > Cre > ByElem & Prop > 點選小方塊 > Apply；還需要選中小方塊的頂面，建立段面集合，Model > CreEnt > Set Data >*Set SEGM > Cre > ByElem & Prop > 點選小方塊頂面 >Apply。
展開 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 目前，ANSYS Workbench 中還不能直接完成所有的直接耦合場分析，但Workbench提供了添加命令流的方法，可以幫助用戶完成此類耦合分析項目，對于熟悉APDL語言的使用者而言，可以融合Workbench平臺和APDL的優勢完成數值分析。
本篇文章講解，如何在ANSYS WORBENCH環境通過插入命令流的方式來改變單元類型以完成結構熱耦合分析（以兩個2D矩形塊摩擦生熱為例來進行講解）
01
問題描述
在一個定塊上，有一個滑塊。在滑塊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，欲求解因摩擦而產生的熱量，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
02
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。
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ansys摩擦熱模擬的相關專題、標簽、搜索
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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.
今天學習的案例是是Workbench軸承系統瞬態動力學評估。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統的構建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統的構建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統的構建
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
在LS-Dyna中模擬摩擦生熱
問題描述：
一短一長的兩個塊狀物體發生相對滑動，兩物體初始溫度為293K，在小的方塊頂部施加100Mpa的壓力，小方塊在長方體上以10mm/s的速度進行滑動，滑動過程中的動摩擦系數為0.5，考慮兩者之間的接觸熱，兩物體材料屬性為：
密度：7800kg/m^3
彈性模量：200GPa
泊松比：0.3
比熱：0.5 KJ
ANSYS中不需要插入命令的摩擦生熱分析
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摩擦生熱產生高溫，在汽車剎車系統當中的是一個關鍵的考慮標準，其主要原理是將摩擦盤的旋轉動能轉化為熱能，根據理論計算在短時間內，物體的溫升在忽略散熱的情況下，由CmT=1/2m^2所決定，即動能轉化為熱能，考慮材料的比熱容和質量既可以粗略的估算出物體的溫度
目前，ANSYS Workbench 中還不能直接完成所有的直接耦合場分析，但Workbench提供了添加命令流的方法，可以幫助用戶完成此類耦合分析項目，對于熟悉APDL語言的使用者而言，可以融合Workbench平臺和APDL的優勢完成數值分析。
本篇文章講解，如何在ANSYS WORBENCH環境通過插入命令流的方式來改變單元類型以完成結構熱耦合分析（以兩個2D矩形塊摩擦生熱為例來進行講解
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
分析類型：熱結構直接耦合分析
分析平臺：ansys workbench 17.0
分析人：技術鄰 一無所有就是打拼的理由
技術難點：接觸設置及轉動邊界條件設置
研究模型：思想來源于許京荊的《ANSYS13.0 WORKBNCH數值模擬技術》滑動摩擦生熱的熱-結構耦合分析，模型及尺寸自選。
注：網格為自動劃分較為粗糙，但不影響結果的正確性。
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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
