剎車盤的案例
ABAQUS 剎車盤熱結構耦合分析案例 ￥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、與剎車盤熱結構耦合相關的工程師
你會得到什么：
1、掌握剎車盤三維模型的繪制
2、掌握剎車盤熱結構耦合分析相關的材料參數設置
3、理解剎車盤熱結構耦合的分析步的建立
4、學習剎車盤熱結構耦合的相互關系的設置
5、了解剎車盤熱結構耦合網格的劃分
6、學習剎車盤熱結構耦合的載荷施加
7、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進行剎車盤熱結構耦合的分析。
本案例操提供了分析相關的分析文件。
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展開 基于Ansys WB耦合場瞬態模塊的熱-力耦合分析（案例：剎車盤）
3.2接觸條件設置
圖5 接觸設置
利用運動副中的回轉條件來約束剎車盤轉動，這里需要注意的是：參考坐標系的Z軸必須為旋轉軸，以便后續的轉動副荷載的施加（轉動副荷載施加的默認方向為繞Z軸的旋轉），剎車盤與摩擦片為摩擦接觸，摩擦系數設置為0.35。
3.3 約束與加載設置
目前，大多數的網上教程主要有先壓后轉和先轉后壓，由于沒有考慮汽車慣性力矩的影響，無法很好的還原真實的制動過程，本文通過剎車盤轉速的變化來仿真制動過程，因此可以建立3個分析步，分析步1：剎車盤從靜止旋轉到指定轉速；分析步2：對摩擦片加壓，同時剎車盤轉速下降；分析步3：摩擦片加壓完畢后，剎車盤轉速持續下降的過程。本文模擬汽車從120km/h制動到60km/h，車輪尺寸為R17，計算可得120km/h時，輪胎轉速為480rpm，60km/h時為240rpm。假設，摩擦片施壓時間為0.2s，整個制動時間為0.6s。由于不考慮剎車盤從靜止旋轉到480rpm的過程，同時保證模型的收斂，假設剎車盤從靜止旋轉到480rpm所用時間為0.4s，因此整個分析過程為1s。該過程可采用旋轉副荷載中的旋轉速度進行設置。
圖6 剎車盤轉速變化設置
圖7 摩擦片約束（x方向為施壓方向）
摩擦片在整過程中只有一個方向的運動自由度，因此可以利用遠程位移對摩擦片進行約束，如圖7所示。由于分析步1中，在摩擦片x方向并未施加任何力與位移條件，處于“懸空”狀態，為保證收斂，在分析設置中打開“弱彈簧”選項。兩個摩擦片壓力歷程曲線如圖8所示.
展開 【見多識廣】一文讀懂——汽車剎車系統工作原理及剎車盤制造過程
剎車系統由操控系統、液壓系統和助力系統組成。
1. 操控系統：踏板，手剎等。
2. 液壓系統：由液壓油、剎車泵、液壓油管組成。
3. 助力系統：真空助力泵
4. 電子控制系統 ：由ABS泵、ABS傳感器、ABS電腦組成。
5. 執行系統 ：由剎車鉗、剎車片、剎車盤組成。
常見的剎車裝置有“鼓式剎車”和“盤式剎車”二種型
鼓式剎車
盤式剎車
剎車目前有盤剎和鼓剎還有氣剎，老一些的車很多都是前盤后鼓的。現在的車很多前后都是盤剎的。因為盤剎較鼓剎的散熱好，在高速制動狀態下，不容易產生熱衰退，所以其高速制動效果好。但在低速冷閘時，制動效果不如鼓剎。價格比鼓剎貴。所以現在很多中高級轎車采用全盤剎，而普通轎車采用前盤后鼓，而相對低速，且需要制動力大的卡車、巴士，仍采用鼓剎。
剎車盤是鑄造產品，由于受氣候因素影響，北方太冷、南方太熱，所以剎車盤的生產基地大多數分布在我國山東、河北、山西這一緯度地區，尤以山東萊州、龍口剎車盤行業起步最早，廠家眾多。
盤式剎車盤(碟)分為實心盤（單片盤）和風道盤（雙片盤）。實心盤式我們比較容易理解，說白了，就是實心的。風道盤（Vented Disc），顧名思義具有透風功效。從外表看，它在圓周上有許多通向圓心的洞空，稱為風道。汽車在行使中通過風道處空氣對流，達到散熱的目的的，比實心式散熱效果要好許多。大部分轎車都是前驅，前盤使用頻率計磨損較大，故采用前風道盤，后實心盤（單片盤）。當然也有前后都是風道盤的，但制造成本并不會差的離譜。
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展開 基于comsol的動車剎車盤剎車過程發熱分析 ￥1800
</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201908/c9ea916338d84741bfb1b47f1700b680.png"></p><p> 碟式、通風盤式、摩擦片式都可歸于盤式剎車。盤式剎車的作用方式與普通自行車的制動方式相似—卡鉗上的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%88%B9%E8%BD%A6%E7%89%87" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>剎車片</strong></a>與車輪鏈接的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%88%B9%E8%BD%A6%E7%9B%98" rel="noopener noreferrer" target="_blank">剎車盤</a>在剎車時相互作用，直到車輪停止轉動。通風盤則是在剎車盤上打孔，利用行駛帶來的自然風幫助散熱。盤式剎車可以方便地與<a href="https://baike.baidu.com/item/ABS%E7%B3%BB%E7%BB%9F" rel="noopener noreferrer" target="_blank">ABS系統</a>配合，更多地在中高檔轎車上使用。除了在汽車上面應用外，盤式剎車還在軌道交通行業有著廣泛的應用，如高速動車組的制動系統。
展開 
重磅：剎車盤金屬涂層新規，激光熔覆金屬3D打印市場有望爆發
南極熊導讀：歐盟推出一個新的汽車行業標準，2026年，所有的汽車剎車盤都需要做一個表面處理——一項新的金屬涂層，減少制動粉塵，增加使用壽命、提升安全性。南極熊駐歐洲志愿者在Formnext2021展會上看到，已經有一家德國公司推出了專門針對這個金屬涂層的高速激光沉積金屬3D打印系統，在剎車盤市場應用空間非常大。激光送粉金屬3D打印廠商要注意把握這個機會。
△使用極高速激光金屬沉積3D打印工藝涂覆剎車盤
有調查表明，制動系統市場預計將從2021年的209億美元增長到2026年的265億美元，復合年增長率為4.9%。盤式制動器細分市場預計將成為制動類型最大的市場。然而，為了保障良好的制動力、散熱性和磨損問題，剎車盤的表面處理將會是未來的關鍵。3D打印技術或成為解決這一問題的途徑，撬動未來的制動系統市場。
常規的剎車盤通常采用灰鑄鐵（HT250）來制造，這種材料成本低、加工性能好。然而，缺點是活性高，與空氣接觸極易發生氧化，生成鐵銹。如果制動盤在使用過程中遇水還會發生電化學反應，短時間就會產生銹斑。因此，表面處理工藝成了剎車盤性能的關鍵。
最常見的方法是在剎車盤的表面進行涂層處理。多年來，研究人員嘗試了各種沉積技術進行涂層轉化。但大部分過程相對復雜，并且在成本上也相對昂貴。隨著人們對健康和環境問題的關注度上升，對于剎車盤表面處理以及報廢標準也越來越嚴格，這促使制動系統市場向更加方便、快捷、經濟的表面處理方式傾斜。南極熊發現，有這樣一家3D打印公司似乎抓住了這一機遇。
CHIRON Group和AM Coating
德國CHIRON Group是世界領先的加工中心和解決方案供應商之一，在全球范圍內設有生產和開發基地、銷售和服務子公司和代理機構。
展開 基于samcef的剎車盤熱抖動仿真及預測
在剎車盤上，由于剎車時產生的滑動摩擦會產生大量熱量，從剎車盤材料特性角度，這會引起熱膨脹問題。Thermo-elastic不穩定的現象會在剎車盤表面上產生熱點以及熱抖動現象。因此需要利用有限元瞬態仿真來研究這種現象。本文中案例基于samcef仿真模塊進行了熱機耦合建模。在samcef環境中，建立了三維模型，剎車盤結構中的各部分通過運動副連接。案例最后利用試驗對仿真進行了驗證，最終誤差不超過5%。
通過本案例的建模仿真，能夠得出結論，利用samcef進行的熱機耦合分析，能夠較好對機構進行瞬態預測。
論文題目如下，具體見附件。
HOT JUDDER SIMULATION OF A VENTILATED DISC AND DESIGN OF AN IMPROVED DISC USING SENSITIVITY ANALYSIS
HOT JUDDER SIMULATION OF A VENTILATED DISC AND DESIGN.pdf
展開 使用Abaqus完成剎車盤制動嘯叫分析
來看看Abaqus這個案例的模型：
畢竟是剎車盤嘛，長得肯定都差不多。但我覺得Abaqus這個模型確實要比ANSYS家那個模型更接近實際一點。事實也的確如此，這個模型是TRW，天合汽車集團一款真實的盤式制動器的簡化版本。
SIMULIA還在案例文檔里給了個鳴謝。
好，下面正式開始。
剎車片本體使用了各向異性的有機摩擦材料。各向異性材料意思就是彈性系數矩陣D的每一項都可以自己定義。前面幾項參數如圖所示，后面的……看inp文件吧。
剎車盤轉子材料為鑄鐵，其他零件材料為結構鋼。這些都沒啥好說的。
單元類型為C3D6和C3D8I。這個I代表非協調模式。總之是一階六面體單元為主。
接下來定義接觸。Abaqus讀取inp文件的時候提示錯誤，接觸對沒有正確導入。不過沒關系，這個模型的接觸對不算太多。正好學習一下接觸對定義的關鍵字。
在*CONTACT PAIR關鍵字下，第一個寫出的是從表面，第二個是主表面（這和我直覺猜測相反啊）。所以我們據此定義接觸對即可。一共四個，都是產生嘯叫的滑動摩擦，兩個在正面兩個在背面。
——為啥每一面有兩個接觸對呢？因為，您看這俯視圖，它剎車片就有前后兩個部分~
接下來是邊界條件定義。
剎車片的兩側耳朵處約束x和y方向位移（放開指向剎車盤方向的位移自由度）；
剎車片上施加大小為500的均布壓強（注意這個模型的單位制，質量是kg，長度單位是mm，算起來壓力單位應該是kPa。即0.5MPa）
第一個分析步，剎車片和剎車盤之間沒有摩擦力，只是為了讓它們之間建立接觸。
而第二個分析步，inp文件中使用了*CHANGEFRICTION關鍵字來改變摩擦系數，改為0.3。
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，由于參數未知顧各種參數均為假設
分析模塊采用瞬態動力學求解模塊，建立模型，劃分網格，設置邊界條件，求解，查看結果。
仿真模型
剎車盤和摩擦片如圖所示，便于網格劃分，剎車盤分為兩部分，另外采用對稱方式，取一半模型
網格劃分
網格如圖所示
對稱設置
選擇剎車盤的盤面設置為對稱，如圖
將模型的單元更改為226耦合場單元
et,matid,226,11 ！設置關鍵字為11，表示自由度包含溫度temp
接觸設置
將摩擦片和摩擦盤之間的接觸設置為frictional 摩擦系數調整為0.2
摩擦關鍵字設置為keyop,cid,1,1，考慮溫度
方程設置為增強拉格朗日方程，stiffness update設置為each iteration
旋轉設置
設置圓孔中心為鉸鏈旋轉，如圖
邊界條件
添加鉸鏈驅動為旋轉角度驅動，旋轉3圈，共1080度
添加摩擦片的位移約束，將摩擦片四邊設置為XY方向0位移，Z向可動
添加摩擦片上表面受力4000.N
設置步長
設置為三步，步長設置為100，10，1000，時間共4秒時間
添加求解設置
/solu
alls
tref,0 ！參考溫度為0度
trnopt,full
timint,off,struc ！
展開 剎車盤熱應力分析
剎車盤熱應力分析
一、前處理
1、模型介紹
剎車盤模型主要包括制動盤和制動鉗，本例中的模型全部采用六面體網格劃分，網格劃分方法可以參考本公眾號之前的一篇文件《基于ANSA的六面體網格劃分技巧》。有限元模型如下圖所示：
2、創建Rigid body
通過創建Rigid body來控制剎車盤的轉動，在ANSA中創建步驟如下：ABAQUS控制面板>AUXILIARIES>R.BODY，結果如下圖所示：
3、制動盤材料參數設置
制動盤材料參數設置項主要包括：密度、熱膨脹系數、彈性模量、泊松比、比熱容、熱傳導系數。
4、制動鉗材料參數設置
制動鉗材料參數設置項主要包括：密度、熱膨脹系數和溫度關系、彈性模量以及泊松比和溫度關系、比熱容、熱傳導系數。
二、求解設置
1、分析步設置
分析步類型選擇顯示動力學，Step-1設置時間為0.001，Step-2設置時間為0.01，Step-1用于壓力計算，Step-2用于摩擦生熱計算。
2、接觸屬性設置
接觸屬性設置項主要包括：Tangential Behavior、Normal Behavior、Thermal Conductance、Heat Generation。
3、接觸對設置
接觸類型選擇Surface-to-Surface，接觸屬性選擇上一步創建的。
4、載荷施加
對制動鉗施加壓力，使其和制動盤緊密貼合。
5、約束施加
制動盤約束Z向，制動鉗約束X、Y向，旋轉中心施加弧度值。
展開 Variation Analysis (VSA)三維公差分析-剎車盤裝配
大家好，
下面的視頻介紹Variation Analysis (VSA)剎車盤裝配：
Variation Analysis (VSA )剎車盤裝配
https://www.plm.automation.siemens.com/zh/products/tecnomatix/manufacturing-planning/dimensional-quality/variation-analysis.shtml#lightview%26url=http://media.ugs.com/tecnomatix/Brake_Assembly_Variation_Analysis.flv%26title=Variation Analysis-Brake Assembly%26width=640.0%26height=480.0%26fullscreen=false%26autoplay=true%26docType=flv
展開 剎車盤鼓熱力耦合分析--ADINA
特別適于分析剎車盤鼓，車輪地面作用模擬，車輪、鐵軌之間的熱力耦合模擬，金屬材料成形模擬等。
熱-力問題能夠考慮下列影響因素：
· 材料塑性變形引起的內部熱生成 · 接觸物體之間的熱交換
· 接觸面之間摩擦引起的表面熱生成。
下面的動畫說明了某一熱-力問題耦合分析示例，該問題中涉及到接觸物體之間的熱交換和接觸面之間摩擦引起的表面熱生成。其中云圖為溫度分布。
剎車盤鼓熱力耦合分析
Hypermesh聯合LS-dyna剎車制動盤仿真分析
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。
圖9 剎車片不同時刻溫度云圖
為分析不同區域剎車片的趨勢，提取如圖10所示單元在不同時刻的時間溫度曲線，如圖11所示，由圖可以看出，單元隨著制動過程的進行，溫度不斷升高，并越靠近邊緣，溫度越高，越靠近端部溫度越低：
圖10 剎車片提取單元示意圖
圖11 剎車片不同位置單元溫度時間曲線
3.4制動盤應力云圖分析
提取接觸后制動盤的應力云圖如圖12所示，由圖可見，制動盤應力較大區域也位于接觸區域，在剛柔耦合區域應力也會出現較大，但那些區域不是本文分析對象，不予以考慮，當制動到最大位置時，制動盤應力最大可以達到357Mpa 。
圖12 制動盤不同時刻應力云圖
提取接觸區域一單元進行應力分析，提取單元應力時程曲線如圖13所示，由圖可以看出，在接觸較少時，制動盤的應力較小，并呈正弦波動的形式，隨著剎車片的壓入，接觸應力逐漸增大，最大達到295.7Mpa：
圖13 制動盤不同位置單元應力時間曲線
展開 Shimano Dura-ace/XTR 140mm 剎車盤 ￥6
Shimano Dura-ace/XTR 140mm 剎車盤
※中心鎖齒可能與真車零件不匹配。
※抱歉，我沒有拆開蜘蛛臂、銷釘、散熱器等零件。
使用 Shapr3D 創建。
基于ABAQUS剎車盤制動熱應力分析
本案例目的在于如何在ABAQUS中實現剎車盤制動熱應力簡單仿真分析，類似的案例在技術鄰中有不少，寫這個帖子的目的在于討論整個仿真過程中遇到的問題以及如何去解決。本案例的幾個難點：材料參數的設置，約束和加載，接觸的定義。在這里重點討論接觸的定義，以及在接觸設置中存在的問題。
本案例的討論將持續完善！對本案例感興趣的朋友，麻煩點個贊，并在下方留下你的郵箱，集滿40個贊，模型將統一發到各位的郵箱，謝謝！
ABAQUS中B31焊點創建：紅色圓圈處是為了創建的焊點（首先沿著B31單元的方向，在最近的殼單元上獲得一個投影點（projectpoint);然后在投影點與B31單元的節點之間通過一個剛性梁單元(rigidbeam)連接，從而將投影點的位移、力和力矩傳遞到B31單元的節點。）
幾種焊點分析對比：
展開 剎車盤怎么冷卻更高效？CFD仿真來教你！
本周我們來聊聊剎車制動盤冷卻的CFD分析。
首先來了解一下汽車的剎車制動系統，一般制動方式可以分為鼓式制動和盤式制動。
鼓式制動是通過液壓裝置將剎車鼓內的剎車片往外推，使剎車片與剎車鼓之間形成摩擦產生制動效果。其特點是成本低，工作可靠，制動力大，但是散熱較差，抗熱衰退性較弱。目前主要應用在入門級車的后輪制動器，更多的是應用于商用車領域。盤式制動如下圖所示，通過卡鉗將剎車片壓緊制動盤，靠剎車片與制動盤之間的摩擦來實現制動。它的特點是成本較高，散熱好，抗熱衰退性強，制動效果好，目前乘用車基本采用的是這種盤式制動。
根據散熱性能要求的不同，盤式制動還可以分為普通的盤式制動，通風盤式制動和打孔通風盤式制動。普通盤式制動，即沒有通風結構，通常會布置在后制動器上。通風盤式制動，即在普通盤式制動基礎上增加了通風結構，散熱更好，是目前最常見的制動盤形式。而對于一些高性能的跑車，在通風盤基礎上還會增加很多通風孔，進一步提高它的冷卻效果。
保時捷911上的打孔通風制動盤
說完結構原理和分類，我們就要談談什么是制動器的熱衰退性。簡單一些來說，就是溫度升高后制動摩擦副的摩擦系數會降低，制動性能會下降。所以如果一個制動系統的散熱比較好，長時間制動后摩擦副的溫度也不高，那么我們就說這個制動器的抗熱衰退性能較好。
為了提高制動系統的抗熱衰退性，就需要對制動盤進行散熱，有研究表明，制動盤冷卻過程中，有90%的熱量是通過熱對流形式的帶走的，通過熱輻射帶走的熱量則不到10%。因此對制動盤進行合理的設計，組織制動盤周圍氣流，加強其對流散熱能力，是提高制動器制動性能的重要方法。
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