摩擦生熱仿真的案例
論文推薦 | 燃料泵柱塞油膜摩擦生熱CFD仿真分析
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燃料泵柱塞油膜摩擦生熱問題, 結合流體力學動網格和滑移網格方法, 根據柱塞運動方程進行用戶自定義函數編程, 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、壁面溫度及轉速等參數對油膜摩擦生熱引起溫度變化的影響規律。獲得如下結論: 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, 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, 重點分析了轉速、工作壓力及入口油溫等因素對油膜溫度的影響。
展開 RecurDyn熱力學仿真新突破：摩擦生熱與油冷散熱的集成解決方案
wx_fmt=gif&from=appmsg"></p><p class="ql-align-center"><strong>RecurDyn摩擦生熱仿真（剎車盤）</strong></p><p>摩擦生熱往往伴隨著結構的變形，這勢必會增加仿真的難度和時間。為了提高仿真效率，RecurDyn2025提供了兩個選項：</p><p><strong>1.剛體熱仿真模式 (Treat All FFlex Bodies as Rigid Bodies):</strong>對于<strong>不關注結構熱變形</strong>的場景，此選項將所有部件視為剛體進行動力學和摩擦生熱計算。<strong>大幅提升仿真速度</strong>，同時仍能準確獲取摩擦熱源和基礎溫度分布。</p><p><strong>2.熱傳導速率調節：</strong>新增選項允許調整熱傳導的速度比例，可<strong>顯著縮短</strong>系統達到熱變形穩定狀態所需的計算時間，特別適用于快速評估或參數研究。</p><p><img src="https://mmecoa.qpic.cn/mmecoa_png/bcq1RnfYQy9MWMlOQ35Cff1xm1Wt5RwOuYClZgObuaHqy82dzBXqZTGWYQO0rtRTtnWTZNJdCoaZdgzQTT9DYg/640?wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p>除了生熱，散熱也是工程師的頭疼問題，尤其是在電機油冷領域，基于RecurDyn與ParticleWorks的協同仿真可實現結構<strong>運動-流體-傳熱</strong>的完整閉環。
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 基于Workbench的汽車剎車制動盤摩擦生熱問題的仿真
不考慮結果的慣性效果
提取結果
1）變形
由于為旋轉運動，因此最大位移為正弦變化，如圖所示
2）應力
選擇中，摩擦盤受到壓力作用，應力增大，提取結果
3）溫度
由于參考溫度為0度，故提取的溫度就是溫升，第1秒，第2秒，第3秒和第4秒結束時的溫度如圖
該實例對汽車摩擦片的摩擦效果進行了仿真方法的研究，可以較好的模擬該類摩擦生熱熱的仿真，如果考慮初始旋轉速度和摩擦系數等其他參數合適的加載，可以較好的得到摩擦片的停止轉動時間，為汽車摩擦片的設置提供很好的指導意義。
展開 
adina摩擦生熱熱機耦合研究
在實際工程運用中經常會涉及到摩擦生熱的問題，adina的例題手冊中有關于摩擦生熱的例子。即汽車剎車盤，這個例子因為省略了很多內容，導致初學者很難按照相應的步驟做出了，這樣不能理解用ADINA進行摩擦生熱熱機耦合仿真的具體步驟。
所以，在參考例題手冊的基礎上，把操作的步驟，按照簡單的圖片格式，一步一步的整理出來都大家分享和討論。同時，結合論壇中的例子，給出了滑動摩擦塊生熱和水輪機密封裝置的命令流，都是簡化的模型，目的是讓大家用adna解決摩擦生熱的熱機耦合的步驟和方法。
摩擦生熱熱機耦合例子.rar
展開 考慮摩擦生熱時的磨損有限元仿真 ￥100
本例為上一例的延續，在進行磨損仿真時，考慮摩擦產熱及摩擦系數、磨損系數隨溫度的變化，需進行熱/結構仿真，可拓展應用于剎車制動等領域。
本例所設置摩擦系數隨溫度變化曲線如下
磨損系數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生熱量，由接觸位置逐漸向其他位置擴散。
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。)
一個摩擦生熱的模型
最近，做了一個ansys中一個摩擦生熱的例子，試著用abaqus做了下，順便傳上來，供大家學習（也感謝論壇給我們的學習帶來的方便），模型尺寸用的是8*8、30*8，模型建立很簡單，發現一個問題就是所用的平面應變、溫度耦合單元，盡管在前面選取截面屬性的厚度時候沒有定義，可以通過摩擦力可以計算出其寬度，計算出來其寬度為100mm（是不是沒有設置截面屬性的厚度是不是默認的就是為100mm）
QQ截圖未命名.png
EXAM_2_ALLWK.png
EXAM_2_NT1.gif
exam_2.rar
摩擦生熱案例賞析
摩擦制熱分析，分析平臺：ANSYS/workbench;
基于WORKBENCH的摩擦生熱的結構和熱耦合分析（原創，如轉載，請注明出處）
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：結構和熱耦合分析
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
研究對象：制動盤（模型來自網友上傳）
注意點：熱接觸設置
另：由于參數可能設置不當，導致結果不合理，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) 使用瞬態結構動力學分析系統
（2）在該系統中更改單元為solid226,它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結構-熱分析功能。
（3）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。
（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）瞬態結構動力學分析系統的工程數據中，無法得到熱分析的部分參數，所以需要先創建一個單獨的工程數據系統，然后把它與瞬態結構動力學分析的工程數據單元格相關聯。
可代做的業務范圍：
熱分析
熱結構耦合分析
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 
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 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）
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。
（6）瞬態結構動力學分析系統的工程數據中，無法得到熱分析的部分參數，所以需要先創建一個單獨的工程數據系統，然后把它與瞬態結構動力學分析的工程數據單元格相關聯。
（7）在DM中創建兩個草圖，然后根據草圖得到面物體。再對這兩個面物體進行平面應力的分析。
展開 ABAQUS案例-摩擦生熱及熱力耦合分析 ￥4
密封圈與金屬物件的摩擦生熱是工程中經常遇到的問題，由于橡膠導熱性差，摩擦產熱會累積在密封圈內部而傳不出去，使得溫度升高，對密封圈的密封性能和使用壽命都產生嚴重影響。本實例（附件為inp文件）為利用熱傳學原理及超彈性理論，采用ABAQUS軟件進行的密封圈多物理場分析。
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
