摩擦生熱分析
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
摩擦生熱分析的視頻教程
建模+后處理：ABAQUS基于CEL算法的熱流固耦合金屬板（JC本構(gòu)）高速摩擦生熱模型
使用ABAQUS有限元模型，利用CEL的熱力流固耦合技術模擬了，兩倍音速下部件的摩擦生熱分析，模型分為兩個分析步，首先是轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)發(fā)生損傷現(xiàn)象，其次是旋轉(zhuǎn)逐漸停止階段，可用于分析材料損傷、溫度傳遞、應力分析等。
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摩擦生熱分析的實例教程
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(chǎn)生高溫，在汽車剎車系統(tǒng)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(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為熱能，根據(jù)理論計算在短時間內(nèi)，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(zhuǎn)化為熱能，考慮材料的比熱容和質(zhì)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(shù)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(shù)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(xiàn)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 分析類型：摩擦生熱分析；制動盤熱分析。
分析平臺：AWB17
技術難點：結(jié)構(gòu)和熱耦合分析
完成人：技術鄰ANSYS專家
業(yè)務咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
研究對象：制動盤（模型來自網(wǎng)友上傳）
注意點：熱接觸設置
另：由于參數(shù)可能設置不當，導致結(jié)果不合理，請無視！！！！
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(tài)結(jié)構(gòu)動力學分析系統(tǒng)
（2）在該系統(tǒng)中更改單元為solid226,它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結(jié)構(gòu)-熱分析功能。
（3）由于使用了瞬態(tài)動力學分析，結(jié)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(jié)果，提取溫度。
（4）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。
（5）瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學分析系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)中，無法得到熱分析的部分參數(shù)，所以需要先創(chuàng)建一個單獨的工程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，然后把它與瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學分析的工程數(shù)據(jù)單元格相關聯(lián)。
可代做的業(yè)務范圍：
熱分析
熱結(jié)構(gòu)耦合分析
展開 Abaqus有非常豐富的單元庫，其中就有軸對稱單元，比如CAX4（I/R/H/T），當一個回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有某種載荷對稱性時，可以用它將三維模型縮減為軸對稱模型來分析，能減少大量的內(nèi)存和分析時間，而同樣的模型規(guī)模，3D實體單元要更耗費計算資源。
那么，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)受到側(cè)向彎曲或軸向扭轉(zhuǎn)的載荷時，有沒有類似的單元可以用呢？
橡膠阻尼器的內(nèi)摩擦生熱分析-節(jié)點溫度云圖
比如，假設上圖中的阻尼器不再是長方體，而是回轉(zhuǎn)體，且發(fā)生軸向扭曲變形，那么能不能用軸對稱單元來建模呢？
答案是可以的，在Abaqus的軸對稱單元系里還有一種可考慮Twist的單元，即帶字母G標識的那種類型，能夠在分析時充分考慮回轉(zhuǎn)體的整體扭轉(zhuǎn)變形。
首先，我們可以在part模塊使用Axisymmetric建立環(huán)形塊狀阻尼器的回轉(zhuǎn)截面；然后在mesh模塊劃分好四邊形網(wǎng)格；最后，定義單元類型為CGAX4T，即帶扭曲的4節(jié)點軸對稱位移-溫度耦合單元。
這里的橡膠阻尼器材料本構(gòu)采用的是超彈性模型，應變能描述形式為Neo Hooke，再結(jié)合時域黏彈性Prony參數(shù)與非彈性變形能耗散比，來計算阻尼器周期性扭轉(zhuǎn)過程中的材料內(nèi)摩擦生熱。
阻尼器上、下兩個端面的節(jié)點分別使用位于回轉(zhuǎn)軸上的兩個參考點來耦合，固定下端面參考點，并在上端面參考點施加軸向的周期性扭角位移。
阻尼器的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格-單元
雖然建模時只考慮了回轉(zhuǎn)截面，但是帶扭曲的軸對稱單元可以將回轉(zhuǎn)體發(fā)生扭轉(zhuǎn)時的整體結(jié)構(gòu)響應考慮在內(nèi)，這是因為這種單元多了一個扭轉(zhuǎn)自由度5，拿本例中的位移-溫度耦合單元CGAX4T來說，該單元的節(jié)點具有1、2、5和11四個自由度。
展開 中國船舶集團有限公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077
對水下燃氣渦輪機動力系統(tǒng)燃料泵柱塞油膜摩擦生熱問題, 結(jié)合流體力學動網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格方法, 根據(jù)柱塞運動方程進行用戶自定義函數(shù)編程, 考慮油液的粘溫特性建立燃料泵柱塞油膜仿真計算模型, 并給出了柱塞油膜摩擦生熱建模分析方法。根據(jù)所提出分析方法對柱塞油膜摩擦生熱進行了仿真分析, 研究了出口壓力、壁面溫度及轉(zhuǎn)速等參數(shù)對油膜摩擦生熱引起溫度變化的影響規(guī)律。獲得如下結(jié)論: 入口壓力為0.5 MPa時, 出口壓力的變化對油膜溫度上升影響較小, 且油膜頂部位置溫度上升量最大, 在轉(zhuǎn)速為2 250 r/min工況下溫度上升量可達4 K左右; 2) 在300~373 K范圍內(nèi), 壁面溫度每上升20 K, 油膜頂部溫度上升量降低約50%, 且373 K時油膜頂部溫度上升量僅為300 K時的9.2%; 3) 油膜溫度上升量與轉(zhuǎn)速近似呈線性關系。
引
言
目前對柱塞油膜的研究大多以仿真方法為主[2-4], 通過求解雷諾方程得到油膜壓力分布, 而對柱塞油膜摩擦生熱引起的溫升研究較少。王智慧等[5]對柱塞油膜進行了研究, 采用給定邊界條件, 先后求解雷諾方程和能量方程, 得到溫度分布后再修正油液黏度分布。訚耀保等[6]通過能量傳遞的方法計算油膜溫度分布, 重點分析了轉(zhuǎn)速、工作壓力及入口油溫等因素對油膜溫度的影響。
展開 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(xiàn)在滑塊在定塊表面上滑行3.75mm，要求摩擦而產(chǎn)生的熱量，并計算滑塊和定塊內(nèi)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(shù)：23.86e-6/k；摩擦系數(shù)：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(shù)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(tài)結(jié)構(gòu)動力學分析系統(tǒng)
（2）在該系統(tǒng)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(jié)構(gòu)-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(jié)構(gòu)分析的慣性部分，而只做靜力學結(jié)構(gòu)分析，但是對于熱分析仍舊做瞬態(tài)熱分析。
（5）由于使用了瞬態(tài)動力學分析，結(jié)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(jié)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。
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摩擦生熱分析的相關專題、標簽、搜索
摩擦生熱分析的最新內(nèi)容
今天學習的案例是是Workbench軸承系統(tǒng)瞬態(tài)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(tǒng)的構(gòu)建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統(tǒng)的構(gòu)建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統(tǒng)的構(gòu)建
<p class="ql-align-center">——V2025摩擦熱計算功能與Particleworks聯(lián)合仿真實踐</p><p>熱傳遞是工程系統(tǒng)設計與可靠性的核心挑戰(zhàn)，無論是齒輪嚙合、剎車制動，還是電機冷卻，精準預測熱量的產(chǎn)生（如摩擦生熱）與耗散（如油冷散熱）都至關重要。RecurDyn 2025 通過革命性的<strong>摩擦生熱功能</strong>與<strong>Particleworks
220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析，輸入主動輪、從動輪各類參數(shù)，考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數(shù)等參數(shù)，輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數(shù)、對流傳熱系數(shù)等結(jié)果。程序已調(diào)通，可直接運行。
根據(jù)所提出分析方法對柱塞油膜摩擦生熱進行了仿真分析, 研究了出口壓力、壁面溫度及轉(zhuǎn)速等參數(shù)對油膜摩擦生熱引起溫度變化的影響規(guī)律。
文章來源：仿真?zhèn)b
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論文鏈接
論文鏈接：
減振橡膠疲勞黏滯生熱的仿真分析[J]
http://dx.chinadoi.cn/10.13465/j.cnki.jvs.2021.12.026
http://dx.chinadoi.cn/10.13465
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論文鏈接
論文鏈接：
減振橡膠疲勞黏滯生熱的仿真分析[J]
http://dx.chinadoi.cn/10.13465/j.cnki.jvs.2021.12.026
http://dx.chinadoi.cn/10.13465/j.cnki.jvs
2、輪胎生熱與熱力分析
滾動輪胎的生熱主要來源于兩方面，一方面是膠料的滯后生熱，另一方面是輪胎與路面直接接觸引起的摩擦生熱。分析輪胎的熱力影響，保證工作性能。
3、足跡與滾動分析
足跡分析評估胎面結(jié)構(gòu)的壓力均衡性，保證舒適的駕乘體驗和出色的平均磨耗性能。
4、操控性分析
保證輪胎工作狀態(tài)下高速操控性能、轉(zhuǎn)向操控性能等。
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(fā)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(shù)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
【單號6736】
預算范圍：2000
使用軟件：windows系統(tǒng)下的ansys軟件
需求描述：剎車片摩擦生熱仿真，分析制動過程的溫度變化
立即搶單
【單號6714】
預算范圍：3000+
使用軟件：ABAQUS或者Ansys/LS-dyna
需求描述：鋼筋混凝土簡支梁動態(tài)加載分析： 重點重點重點
本例為上一例的延續(xù)，在進行磨損仿真時，考慮摩擦產(chǎn)熱及摩擦系數(shù)、磨損系數(shù)隨溫度的變化，需進行熱/結(jié)構(gòu)仿真，可拓展應用于剎車制動等領域。
本例所設置摩擦系數(shù)隨溫度變化曲線如下
磨損系數(shù)隨溫度變化曲線如下
磨損深度變化動畫如下
滑塊溫度變化動畫如下，可見在接觸位置由于摩擦不斷產(chǎn)生熱量，由接觸位置逐漸向其他位置擴散。
