ansys摩擦熱模擬的案例
摩擦生熱的模擬
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 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。
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展開 在LS-Dyna中模擬摩擦生熱
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
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。
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基于ANSYS WORKBENCH的結構熱耦合分析之摩擦生熱案例（附：源文件和視頻教程）
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。
展開 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-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
請關注作者，下載源文件，微信公眾號：CAE_ANSYS
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
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的變化過程和最后的溫度分布情況。在ANSYS中可以設置相關的參數進行仿真。可以參考文章或視頻查看。
之前的設置都需要重新設置材料的單元編號，由于ANSYS Workbench中默認單元是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鍵字，考慮熱傳導和摩擦熱效果。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 學習記錄——Workbench盤式制動器系統摩擦生熱
數值模擬評估
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
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關系：轉動、固定和移動
1.3.3網格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉動副
2.2位移邊界條件
2.3求解設定
時間0.1s，初始步數25，最小步數20，最大步數250，打開大變形。
下面是本案例的思維導圖。
workbench轉動摩擦生熱分析（借鑒技術鄰ansys專家帖）
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。
可代做業務：結構分析，熱分析，熱結構耦合分析等。
轉動視頻請查看如下附件：
轉動摩擦生熱.avi
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.
