高鐵制動盤制動過程散熱仿真的案例
Fluent 滑移網(wǎng)格+高鐵制動盤制動過程散熱仿真(一)
本案例對高鐵緊急制動時的制動盤溫度場和速度場進行了仿真計算。由于涉及到傳熱、滑移網(wǎng)格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復(fù)雜繁瑣。上一節(jié)已經(jīng)展開了動網(wǎng)格制動盤散熱過程的教學(xué)，因此本節(jié)展開滑移網(wǎng)格的耦合教學(xué)。
1 workbench 設(shè)置
本案例分為三個模塊，其中分別是滑移網(wǎng)格運動區(qū)域，固體結(jié)構(gòu)和外部靜止域。
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
與Fluent 動網(wǎng)格+高鐵制動盤制動過程仿真(一)一致，因此不做過多闡述：
固體域區(qū)域需要注意，各部分命名如下圖：
2.2 網(wǎng)格設(shè)置
采用Fluent meshing進行網(wǎng)格劃分，增加固體域網(wǎng)格劃分，不做過多闡述：
3 FLUENT 設(shè)置
3.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
首先導(dǎo)入網(wǎng)格，由于是三部分網(wǎng)格，因此需要通過附加case的方式，將其余兩部分網(wǎng)格導(dǎo)入，然后勾選穩(wěn)態(tài)計算，具體設(shè)置如下圖所示。
展開 33 Fluent實用案例 | 動網(wǎng)格高鐵制動盤制動過程散熱仿真
本案例對高鐵緊急制動時的制動盤溫度場和速度場進行了仿真計算。由于涉及到傳熱、動網(wǎng)格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復(fù)雜繁瑣。上一節(jié)已經(jīng)展開了制動過程的教學(xué)，因此本節(jié)展開熱仿真的耦合教學(xué)。
1 workbench 設(shè)置
與 Fluent 動網(wǎng)格+高鐵制動盤制動過程仿真(一) 相比，增加了一個模塊，是用來劃分固體域網(wǎng)格。
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
與 Fluent 動網(wǎng)格+高鐵制動盤制動過程仿真(一) 一致，因此不做過多闡述：
固體域區(qū)域需要注意，各部分命名如下圖：
2.2 網(wǎng)格設(shè)置
采用Fluent meshing進行網(wǎng)格劃分，增加固體域網(wǎng)格劃分，不做過多闡述：
采用 Fluent meshing 進行網(wǎng)格劃分，層鋪區(qū)域采用四面體網(wǎng)格劃分。具體的網(wǎng)格劃分如下圖所示：
網(wǎng)格劃分情況可以參考 Fluent meshing 層鋪動網(wǎng)格劃分教程（一）
3 FLUENT 設(shè)置
3.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
首先導(dǎo)入網(wǎng)格，由于是三部分網(wǎng)格，因此需要通過附加case的方式，將其余兩部分網(wǎng)格導(dǎo)入，然后勾選穩(wěn)態(tài)計算，具體設(shè)置如下圖所示。
展開 34 Fluent實用案例 | 滑移網(wǎng)格高鐵制動盤制動過程散熱仿真
本案例對高鐵緊急制動時的制動盤溫度場和速度場進行了仿真計算。由于涉及到傳熱、滑移網(wǎng)格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復(fù)雜繁瑣。上一節(jié)已經(jīng)展開了動網(wǎng)格制動盤散熱過程的教學(xué)，因此本節(jié)展開滑移網(wǎng)格的耦合教學(xué)。
1 workbench 設(shè)置
本案例分為三個模塊，其中分別是滑移網(wǎng)格運動區(qū)域，固體結(jié)構(gòu)和外部靜止域。
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
與 Fluent 動網(wǎng)格+高鐵制動盤制動過程仿真(一) 一致，因此不做過多闡述：
固體域區(qū)域需要注意，各部分命名如下圖：
2.2 網(wǎng)格設(shè)置
采用Fluent meshing進行網(wǎng)格劃分，增加固體域網(wǎng)格劃分，不做過多闡述：
3 FLUENT 設(shè)置
3.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
首先導(dǎo)入網(wǎng)格，由于是三部分網(wǎng)格，因此需要通過附加case的方式，將其余兩部分網(wǎng)格導(dǎo)入，然后勾選穩(wěn)態(tài)計算，具體設(shè)置如下圖所示。
展開 32 Fluent實用案例 | 動網(wǎng)格高鐵制動盤制動過程仿真
本案例對高鐵緊急制動時的制動盤溫度場和速度場進行了仿真計算。由于涉及到傳熱、動網(wǎng)格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復(fù)雜繁瑣。因此在設(shè)計本案例的教學(xué)推文時，本節(jié)僅對制動盤的制動過程進行仿真計算教學(xué)。待大家掌握動網(wǎng)格、滑移網(wǎng)格兩種制動過程的仿真之后，再分別展開熱仿真的耦合教學(xué)。本案例采用800mm的車輪，600mm的制動盤，以100m/s的速度、5m/s^2的制動加速度為計算工況，展開了相對應(yīng)的制動過程仿真計算。
1 workbench 設(shè)置
本案例具體設(shè)置如下圖，由于幾何較為復(fù)雜，因此首先在a中對車輪與制動盤進行了建模，然后分別劃分平移運動區(qū)域、旋轉(zhuǎn)運動區(qū)域和靜止域。
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
本案例幾何結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，首先是制動盤區(qū)域，具體的幾何結(jié)構(gòu)如下圖所示，作為旋轉(zhuǎn)域，給予1000mm的圓柱體 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示：
其次是平移區(qū)域。幾何結(jié)構(gòu)如下圖所示，該部分比較簡單，主要是用于制動過程的模擬 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示：
靜止域幾何結(jié)構(gòu)如下圖所示，為長方體流體域 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示：
2.2 網(wǎng)格設(shè)置
采用 Fluent meshing 進行網(wǎng)格劃分，除去層鋪區(qū)域，其他區(qū)域采用多面體網(wǎng)格劃分。
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盤式制動器的制動過程的熱仿真 ￥800
盤式制動器是一種常見的制動系統(tǒng)，當剎車盤旋轉(zhuǎn)時，與之接觸的剎車墊片會產(chǎn)生摩擦力。這個摩擦力會在剎車盤與車輪停止旋轉(zhuǎn)之間轉(zhuǎn)化為動能的熱能，從而減緩或停止車輪的轉(zhuǎn)動。本案例建立了一盤式制動器和墊片模型，基于COMSOL軟件的熱場分析模塊，模擬仿真得到制動器剎車制動過程時的熱量產(chǎn)生過程以及制動器的溫度場分布，仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
尋找指導(dǎo)abaqus仿真制動盤摩擦磨損
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Hypermesh聯(lián)合LS-dyna剎車制動盤仿真分析
3.2制動盤溫度云圖分析
通過lsprepost提取制動盤的不同時刻的溫度云圖如圖6所示，由圖可以看出，與剎車片接觸區(qū)域的溫度始終是整盤最高的溫度區(qū)域，處于接觸區(qū)域的徑向中間位置，并隨著剎車片的下壓，制動盤和摩擦片的溫升隨摩擦熱流的增大而一直呈上升趨勢，溫升區(qū)域逐漸向內(nèi)徑和外徑方向擴大，溫度分布越來越分散，最后當力達到4699.8N時，摩擦熱流和對流換熱的作用相當，溫度達到最大值，制動盤溫度最高為153.7度
圖6 制動盤不同時刻溫度云圖
提取制動盤不同徑向方向單元，分析在分析過程中其溫度變化趨勢，提取單元如圖7所示，提取不同的單元溫度時間曲線如圖8所示，由圖可以看出，單元溫度曲線呈折現(xiàn)上升趨勢，這是因為當在與剎車片接觸過程中，剎車片溫度升高，在其他時間剎車片與空氣對流，溫度稍微降低，在第二次與剎車片接觸過程中又繼續(xù)升高，單元A,H處于離剎車片的內(nèi)邊緣和外邊緣，是離接觸地方最遠的區(qū)域，因此溫度變化較小，其他的越靠近接觸的地方溫度升高越快。
圖7 制動盤提取單元示意圖
圖8 制動盤提取單元時間溫度曲線
3.3剎車片溫度云圖分析
提取剎車片不同時刻的溫度云圖進行查看，如圖9所示，由圖可以看出，剎車片隨著制動過程的進行，溫度逐漸升高，并且最高溫度位于剎車片邊緣區(qū)域，剎車片溫度最高可以達到267.2度，高于制動盤，這是因為在制動過程中，剎車片一直處于接觸摩擦過程中，對熱換熱較小，以上分析與實際相符。
展開 基于Workbench的汽車剎車制動盤摩擦生熱問題的仿真
摩擦制動器工作時，剎車盤在摩擦力作用下停止運動，然而靠摩擦產(chǎn)生的熱量使摩擦片溫度升高，影響其使用性能，本文基于ANSYS Workbench軟件對該實例進行模擬。
注：本實例僅僅為仿真方法，由于參數(shù)未知顧各種參數(shù)均為假設(shè)
分析模塊采用瞬態(tài)動力學(xué)求解模塊，建立模型，劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件，求解，查看結(jié)果。
仿真模型
剎車盤和摩擦片如圖所示，便于網(wǎng)格劃分，剎車盤分為兩部分，另外采用對稱方式，取一半模型
網(wǎng)格劃分
網(wǎng)格如圖所示
對稱設(shè)置
選擇剎車盤的盤面設(shè)置為對稱，如圖
將模型的單元更改為226耦合場單元
et,matid,226,11 ！設(shè)置關(guān)鍵字為11，表示自由度包含溫度temp
接觸設(shè)置
將摩擦片和摩擦盤之間的接觸設(shè)置為frictional 摩擦系數(shù)調(diào)整為0.2
摩擦關(guān)鍵字設(shè)置為keyop,cid,1,1，考慮溫度
方程設(shè)置為增強拉格朗日方程，stiffness update設(shè)置為each iteration
旋轉(zhuǎn)設(shè)置
設(shè)置圓孔中心為鉸鏈旋轉(zhuǎn)，如圖
邊界條件
添加鉸鏈驅(qū)動為旋轉(zhuǎn)角度驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)3圈，共1080度
添加摩擦片的位移約束，將摩擦片四邊設(shè)置為XY方向0位移，Z向可動
添加摩擦片上表面受力4000.N
設(shè)置步長
設(shè)置為三步，步長設(shè)置為100，10，1000，時間共4秒時間
添加求解設(shè)置
/solu
alls
tref,0 ！參考溫度為0度
trnopt,full
timint,off,struc ！
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