制動盤熱分析
關注創建者：臨安 創建時間：2017-07-16
制動盤熱分析的視頻教程
ANSYS仿真含螺栓的制動盤熱機耦合
演示了ANSYS分析含螺栓的制動盤熱機耦合分析方法，包括順序耦合和直接耦合，同時還包含了傳熱的接觸設置、螺栓預緊力施加、對稱約束、局部坐標系等設置。
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abaqus汽車剎車制動盤摩擦生熱
汽車剎車制動盤摩擦生熱基礎案例，該案例還是存在幾個技術注意點的，初學者基本不可能自己能摸索出來，雖然就是簡單的幾個操作，但是不知道確實憋死人。該計算容易出現收斂問題，幾個調收斂的注意點都說明了
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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，本視頻基于ANSYS Workbench軟件對該實例進行模擬。 本視頻分析模塊采用瞬態動力學求解模塊，建立模型，材料設定，單元設定，劃分網格，設置邊界條件，求解，查看結果。 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。
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制動盤熱分析的實例教程
在進行制動器熱分析時，若要分析整個制動過程或多次制動后的結果，直接采用接觸摩擦生熱的方式受到制動時間以及大位移接觸的影響，計算較困難，若采用結構靜態傳熱又無法實現隨制動盤的轉動熱源的移動。Abaqus中可通過對結構設置質量流率（MASS FLOW），采用熱傳導分析實現熱源移動。需要注意的是，MASS FLOW不支持CAE，需要通過關鍵字設置。下面以汽車制動盤熱分析說明整個過程及MASS FLOW的使用方法。
首先僅建立制動盤的模型即可，不需要制動片模型。如下圖所示：
分別設置制動盤的材料屬性，設置熱傳導分析步（Heat transfer）。邊界為初始溫度場，對流換熱、熱輻射等。載荷為表面熱流密度，施加在初始制動片與制動盤接觸的面積內。其中需要考慮熱流密度隨制動盤速度的變化，對流換熱系數隨速度的變化，以及對流換熱系數沿制動盤徑向的變化等。如下圖所示為熱流密度施加的區域。
接著設置質量流率（MASS FLOW），首先需要指定質量流率施加的區域，此模型中選擇制動盤的所有節點，將其設置為一個set，給定相應的name（后續將用到此set）。確認材料、分析步、邊界、載荷等設置正確后可輸出inp文件添加質量流率關鍵字或直接在CAE中添加關鍵字。
在step后添加關鍵字，如下圖所示。添加完成后保存inp文件。
接著是最關鍵的部分，質量流率需要使用用戶子程序實現，子程序中需要給出由制動盤速度變化引起的質量流率的變化，以及沿制動盤徑向的質量流率的變化，同時若為多次制動，需要區分制動、停止的過程，僅在制動過程施加質量流率。具體的用戶子程序如下所示:
用戶子程序
求解時調用此子程序計算即可。整個分析過程可看到熱源在制動盤上移動，計算后的溫度場結果如下圖所示。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
展開 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 Abaqus以制動盤轉動為例的力熱耦合分析-01-15.pdf
制動盤采用中性軸算法進行網格劃分。
求解器：
隱式溫度-位移耦合；打開幾何非線性開關
三種情況下打開非線性開關：幾何非線性（大變形）；材料非線性（非線性材料）；邊界非線性/狀態非線性（接觸）。
最大增量步數：1000；最大溫度變化范圍：10℃。
連接關系構建：
定義切向接觸的摩擦系數：0.1；法向接觸默認硬接觸；摩擦生熱的轉換系數默認為1。
主從面接觸選擇原則：主面選擇大面，從面選擇小面。
接觸狀態為正接觸。
約束：創建一個中心參考點并與制動盤的內孔面創建coupling耦合約束以此來實現后續制動盤轉動的定義。
邊界條件設定：
1.位移邊界條件：制動盤的轉動
2.載荷邊界條件：制動片對制動盤的壓力
3.預定義邊界條件：制動片與制動盤的初始溫度的設定
制動盤的溫度云圖
制動片的溫度云圖
下一帖預告：軋制/旋壓仿真。
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制動盤熱分析的相關專題、標簽、搜索
制動盤熱分析的最新內容
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
基于Ansys WB耦合場瞬態模塊的熱-力耦合分析
1、引言
熱-力耦合分析根據其耦合的方式一般分為順序耦合和完全耦合；順序耦合是單向的，如已知溫度計算結構體的變形、應力、應變等；而完全耦合是雙向的，如剎車盤制動過程，盤片與摩擦片的摩擦生熱，熱又導致盤片變形，變形的盤片進一步影響盤片和摩擦片的接觸關系，又進一步的影響摩擦生熱，即力→熱→力→......熱力雙向耦合
Abaqus以制動盤轉動為例的力熱耦合分析-01-15.pdf
模型簡單，自行在ABAQUS中進行建模。
材料參數定義：密度：2700kg/m³；楊氏模量：69GPa; 線膨脹系數：2.39e-5；
傳熱系數：150W（m·k）； 比熱容：900J/（kg·K）。
網格及裝配結果：
網格的單元類型為C3D8T即溫度-位移耦合。
制動盤采用中性軸算法進行網格劃分。
講完了APDL Showcase1的剎車盤制動嘯叫分析后，我在達索的SIMULIA User Assistance里搜索Brake squeal，也找到了非常類似的案例。在此一并分享出來供大家學習對比。
Abaqus的案例和ANSYS類似，也分為比較簡單的驗證案例和相對復雜的技術展示案例兩類。分別位于三個目錄下：
Abaqus/Benchmarks. 這里放著一些標準測試案例
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！
1 案例背景
制動器長時間在高負荷狀態下工作或者在連續制動的情況下，隨著制動次數的增加會導致制動力不足以致剎車距離變長的現象就是熱衰退。鼓式制動器由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱。常用的制動襯片在溫度上升到一定程度后會使得制動器溫度急劇上升，出現熱衰退現象，制動蹄受熱過度磨損，導致表面不平整使實際的接觸面積減少，引起制動效率下降。利用有限元分析可以模擬制動鼓在各種制動條件下的瞬態溫度場
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
1 背景介紹
在汽車制動過程中剎車盤和剎車片之間的摩擦會引起剎車盤劇烈而持續的振動，從而導致噪音。目前針對制動嘯叫的主要理論有：摩擦特性理論、自鎖-滑動理論、模態耦合理論、統一理論等。
制動噪音大致可以分為以下三類：
1 低頻噪音：出現頻率往往在1000Hz以下，聲音較為低沉，多為“咯嚓”聲；
2 低頻尖響：制動過程中發生尖叫，多在1000~6000Hz之間；
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制動盤轂是高速列車上的重要零件，是典型的薄壁、寬徑、深孔類復雜鍛件。利用Deform-3D模擬軟件對制動盤轂進行數值模擬，對成形過程的速度場、溫度場、應力場、應變場及打擊力進行了分析，揭示了盤轂鍛造過程的成形規律。模擬結果表明，盤轂通過擠壓的方式成形，連皮處溫度下降嚴重，也是變形抗力最大的位置，最終成形結果良好，工藝方案及設備選型合理。
制動盤轂是高速列車制動系統的關鍵零部件，直接影響著高速列車的運行品質和行車安全
