制動盤的案例
ABAQUS制動盤熱力耦合分析（雙制動片） ￥3
制動盤采用中性軸算法進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
求解器：
隱式溫度-位移耦合；打開幾何非線性開關(guān)
三種情況下打開非線性開關(guān)：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(tài)非線性（接觸）。
最大增量步數(shù)：1000；最大溫度變化范圍：10℃。
連接關(guān)系構(gòu)建：
定義切向接觸的摩擦系數(shù)：0.1；法向接觸默認(rèn)硬接觸；摩擦生熱的轉(zhuǎn)換系數(shù)默認(rèn)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(tài)為正接觸。
約束：創(chuàng)建一個中心參考點并與制動盤的內(nèi)孔面創(chuàng)建coupling耦合約束以此來實現(xiàn)后續(xù)制動盤轉(zhuǎn)動的定義。
邊界條件設(shè)定：
1.位移邊界條件：制動盤的轉(zhuǎn)動
2.載荷邊界條件：制動片對制動盤的壓力
3.預(yù)定義邊界條件：制動片與制動盤的初始溫度的設(shè)定
制動盤的溫度云圖
制動片的溫度云圖
下一帖預(yù)告：軋制/旋壓仿真。
展開 Hypermesh聯(lián)合LS-dyna剎車制動盤仿真分析
圖9 剎車片不同時刻溫度云圖
為分析不同區(qū)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(jìn)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(yīng)力云圖分析
提取接觸后制動盤的應(yīng)力云圖如圖12所示，由圖可見，制動盤應(yīng)力較大區(qū)域也位于接觸區(qū)域，在剛?cè)狁詈蠀^(qū)域應(yīng)力也會出現(xiàn)較大，但那些區(qū)域不是本文分析對象，不予以考慮，當(dāng)制動到最大位置時，制動盤應(yīng)力最大可以達(dá)到357Mpa 。
圖12 制動盤不同時刻應(yīng)力云圖
提取接觸區(qū)域一單元進(jìn)行應(yīng)力分析，提取單元應(yīng)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(yīng)力較小，并呈正弦波動的形式，隨著剎車片的壓入，接觸應(yīng)力逐漸增大，最大達(dá)到295.7Mpa：
圖13 制動盤不同位置單元應(yīng)力時間曲線
展開 利用Abaqus用戶子程序?qū)崿F(xiàn)制動盤熱分析中的熱源移動
在進(jìn)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(jié)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(jié)構(gòu)靜態(tài)傳熱又無法實現(xiàn)隨制動盤的轉(zhuǎn)動熱源的移動。Abaqus中可通過對結(jié)構(gòu)設(shè)置質(zhì)量流率（MASS FLOW），采用熱傳導(dǎo)分析實現(xiàn)熱源移動。需要注意的是，MASS FLOW不支持CAE，需要通過關(guān)鍵字設(shè)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(shè)置制動盤的材料屬性，設(shè)置熱傳導(dǎo)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(nèi)。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(shù)隨速度的變化，以及對流換熱系數(shù)沿制動盤徑向的變化等。如下圖所示為熱流密度施加的區(qū)域。
接著設(shè)置質(zhì)量流率（MASS FLOW），首先需要指定質(zhì)量流率施加的區(qū)域，此模型中選擇制動盤的所有節(jié)點，將其設(shè)置為一個set，給定相應(yīng)的name（后續(xù)將用到此set）。確認(rèn)材料、分析步、邊界、載荷等設(shè)置正確后可輸出inp文件添加質(zhì)量流率關(guān)鍵字或直接在CAE中添加關(guān)鍵字。
在step后添加關(guān)鍵字，如下圖所示。添加完成后保存inp文件。
接著是最關(guān)鍵的部分，質(zhì)量流率需要使用用戶子程序?qū)崿F(xiàn)，子程序中需要給出由制動盤速度變化引起的質(zhì)量流率的變化，以及沿制動盤徑向的質(zhì)量流率的變化，同時若為多次制動，需要區(qū)分制動、停止的過程，僅在制動過程施加質(zhì)量流率。具體的用戶子程序如下所示:
用戶子程序
求解時調(diào)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(jié)果如下圖所示。
來源：有限元在線的博客，版權(quán)歸作者所有。
展開 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(jìn)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(jìn)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
3.5 interface設(shè)置
由于是多個域組成，因此需要通過interface將各個區(qū)域連接起來，具體設(shè)置如下圖：
3.6 動網(wǎng)格設(shè)置
本案例最重要的便是動網(wǎng)格的設(shè)置，增加了固體域的動網(wǎng)格設(shè)置，具體設(shè)置如下圖：
熱通量設(shè)置如下：
3.7 初始化設(shè)置
首先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)初始化設(shè)置，具體設(shè)置如下圖：
3.8 計算設(shè)置
此處進(jìn)行的計算設(shè)置如下：
4 后處理結(jié)果
4.1 后處理結(jié)果
對制動過程的云圖進(jìn)行初步繪制，截面速度云圖如下所示：
制動過程中的制動盤溫度云圖動畫結(jié)果如下所示 ： 制 動過程中的制動盤溫度（邊界值）動畫結(jié)果如下所示：
基于Deform-3D的制動盤轂工藝分析
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(fù)雜鍛件。利用Deform-3D模擬軟件對制動盤轂進(jìn)行數(shù)值模擬，對成形過程的速度場、溫度場、應(yīng)力場、應(yīng)變場及打擊力進(jìn)行了分析，揭示了盤轂鍛造過程的成形規(guī)律。模擬結(jié)果表明，盤轂通過擠壓的方式成形，連皮處溫度下降嚴(yán)重，也是變形抗力最大的位置，最終成形結(jié)果良好，工藝方案及設(shè)備選型合理。
制動盤轂是高速列車制動系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，直接影響著高速列車的運行品質(zhì)和行車安全。制動盤轂毛坯圖如圖1所示，材質(zhì)為德國牌號C45E鋼，其最大外徑為332mm，最小壁厚為25.5mm，高度為156mm，是典型的薄壁、寬徑、深孔類鍛件。由于盤轂零件外形尺寸較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的試錯法，會增加制造成本，延長試制周期，因此采用有限元分析技術(shù)揭示制動盤轂的成形規(guī)律，對實際生產(chǎn)試制提供指導(dǎo)是十分必要的。
模擬方案制定
根據(jù)我公司現(xiàn)有設(shè)備，鍛壓設(shè)備選擇8000t螺旋壓力機，由于螺旋壓力機承受偏載的能力差，不能采用預(yù)鍛＋終鍛的鍛造方案。設(shè)計的鍛造方案為在8000t螺旋壓力機上鐓粗＋終鍛一火次的鍛造方案，采用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行加熱。由于8000t生產(chǎn)線現(xiàn)有中頻感應(yīng)器的限制，選用坯料尺寸為φ170mm，坯料加熱溫度為1200℃，模具預(yù)熱溫度為200℃，坯料鐓粗至160mm高后放置在終鍛模中心，進(jìn)行終鍛。
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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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。
展開 基于ADINA的車輛制動盤TMC分析示例
基于ADINA的車輛制動盤TMC分析示例
計算模型
◇ 車軸、制動盤、預(yù)緊螺栓初始轉(zhuǎn)速300r/min；
◇ 采用1/2對稱模型； ◇ 制動力零時刻加滿；
◇ 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)其它質(zhì)量采用附加質(zhì)量單元施加到模型上；
◇ 所有零件初始溫度為30攝氏度；
◇ 所有零件材料強度參數(shù)、熱物理性能參數(shù)隨溫度變化；
◇ 所有零件通過裝配面?zhèn)鬟f接觸力、熱；所有零件接觸傳熱表面定義熱阻；
◇ 采用TMC耦合計算方法；
◇ 前10步結(jié)果每步保存，之后每20個計算步保存1次計算結(jié)果；
1. 讀入幾何模型；
2. 螺栓body分解；
3. 螺栓劃分單元；
4. copy其它螺栓body，并同時copy網(wǎng)格；
5. 定義軸與車輪的face link；
6. 定義螺栓與制動盤接觸，包括螺栓桿部分；注意事項：摩擦系數(shù)；協(xié)調(diào)因子；接觸面?zhèn)鲗?dǎo)系數(shù)(熱阻) 10；
7. 定義閘片和制動盤接觸；注意事項：摩擦系數(shù)；協(xié)調(diào)因子；offset=5e-5；接觸面?zhèn)鲗?dǎo)系數(shù)1；
8. 定義制動盤與車輪接觸；注意事項：摩擦系數(shù)；協(xié)調(diào)因子；接觸面?zhèn)鲗?dǎo)系數(shù)10；
9. 定義單元組并劃分網(wǎng)格；
10. 定義載荷和約束；注意事項：軸心約束；對稱面約束；閘片約束；
11. 定義集中質(zhì)量1 ton、初始轉(zhuǎn)速31.42 rad/s；
12. 定義TMC分析的設(shè)置，注意溫度場積分格式選擇Trapezoidal Rule；
13. 定義時間步；0.002s,10000步；
14. 定義結(jié)果輸出；每隔20步輸出結(jié)果；
15.
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(jìn)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(jìn)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 Abaqus以制動盤轉(zhuǎn)動為例的力熱耦合分析Step by Step ￥3
Abaqus以制動盤轉(zhuǎn)動為例的力熱耦合分析-01-15.pdf
多盤制動器的摩擦分析
最近小弟正用ansys做一個多盤制動器的摩擦分析，多盤制動器的結(jié)構(gòu)和離合器的差不多，我做的是三組轉(zhuǎn)動盤和四組定盤構(gòu)成6對摩擦副，相互擠壓通過動盤于定盤間的摩擦實現(xiàn)制動。由于摩擦副太多，要是用三維模型分析的話計算量太大，模型也較為復(fù)雜，看過一篇博士論文也做的相類似的制動器，他采用熱機耦合的軸對稱單元plane13，進(jìn)行了熱機分析，可小弟我怎么也做不出來，無法施加繞對稱軸y軸的轉(zhuǎn)動。希望得到高人指點。附上我做的6對摩擦副的接觸壓力分布圖。先謝了！
附件地址：http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=7801
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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(tǒng)，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(nèi)的剎車片往外推，使剎車片與剎車鼓之間形成摩擦產(chǎn)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(yīng)用在入門級車的后輪制動器，更多的是應(yīng)用于商用車領(lǐng)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(xiàn)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(jù)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(fēng)盤式制動和打孔通風(fēng)盤式制動。普通盤式制動，即沒有通風(fēng)結(jié)構(gòu)，通常會布置在后制動器上。通風(fēng)盤式制動，即在普通盤式制動基礎(chǔ)上增加了通風(fēng)結(jié)構(gòu)，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(fēng)盤基礎(chǔ)上還會增加很多通風(fēng)孔，進(jìn)一步提高它的冷卻效果。
保時捷911上的打孔通風(fēng)制動盤
說完結(jié)構(gòu)原理和分類，我們就要談?wù)勈裁词?em>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(shù)會降低，制動性能會下降。所以如果一個制動系統(tǒng)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(tǒng)的抗熱衰退性，就需要對制動盤進(jìn)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(jìn)行合理的設(shè)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。
展開 基于復(fù)模態(tài)的制動盤嘯叫分析(ANSYS APDL) ￥9.9
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?xí)饎x車盤劇烈而持續(xù)的振動，從而導(dǎo)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(tài)耦合理論、統(tǒng)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(xiàn)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(fā)生尖叫，多在1000~6000Hz之間；
3 高頻尖響：頻率一般為7000Hz以上，多表現(xiàn)為“嘰嘰”聲。
本案例通過ANSYS APDL模態(tài)分析中的復(fù)模態(tài)分析，確定結(jié)構(gòu)中的不穩(wěn)定模態(tài)，不穩(wěn)定模態(tài)的出現(xiàn)說明制動盤系統(tǒng)非穩(wěn)定，可能出現(xiàn)制動噪聲。如果系統(tǒng)阻尼比為正，則在制動過程中振動能量將被耗散，振幅越來越小，系統(tǒng)區(qū)域穩(wěn)定，不產(chǎn)生制動噪聲；如果系統(tǒng)阻尼比為負(fù)，制動過程中振幅不斷增大，振動能量不耗散反而不斷增大，出現(xiàn)自激勵振動現(xiàn)象，系統(tǒng)非穩(wěn)定，可能出現(xiàn)制動噪聲。
展開 基于ABAQUS剎車盤制動熱應(yīng)力分析
本案例目的在于如何在ABAQUS中實現(xiàn)剎車盤制動熱應(yīng)力簡單仿真分析，類似的案例在技術(shù)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(shù)的設(shè)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(shè)置中存在的問題。
本案例的討論將持續(xù)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(tǒng)一發(fā)到各位的郵箱，謝謝！
ABAQUS中B31焊點創(chuàng)建：紅色圓圈處是為了創(chuàng)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(jié)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(jié)點。）
幾種焊點分析對比：
展開 碳纖維取代金屬成為豪車新寵
碳纖維制動盤被廣泛用于競賽用汽車上，例如F1賽車上。它能夠在50m的距離內(nèi)將汽車的速度從300km/h降低到50km/h，此時制動盤的溫度會升高到900℃以上，制動盤會因為吸收大量的熱能而變紅。碳纖維制動盤能夠承受2500℃的高溫，而且具有非常優(yōu)秀的制動穩(wěn)定性。
雖然碳纖維制動盤具有性能卓越的減速性能，但是目前在量產(chǎn)的汽車上使用碳纖維制動盤卻并不實際。
因為碳纖維制動盤的性能在溫度達(dá)到800℃以上時才能夠達(dá)到最好。也就是說，必須在行駛了數(shù)公里之后，汽車的制動裝置才能進(jìn)入最佳工作狀態(tài)，這對于大多數(shù)只是短途行駛的車輛并不適用。另外，碳纖維制動盤的磨損速度很快，制造成本也非常高。
碳纖維汽車座椅加熱墊是碳纖維加入應(yīng)用于汽車工業(yè)的一個突破，鍛壓模具碳纖維加熱元技術(shù)在汽車配套時常變得越來越受歡迎，它將會完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的座椅加入系統(tǒng)。目前幾乎全球所有汽車制造廠商的高檔、豪華型轎車都配備了這種座椅加熱裝置，比如奔馳、寶馬、奧迪、大眾、本田、日產(chǎn)等等。
碳纖維熱載荷碳纖維是一種比較高效能的導(dǎo)熱材料，熱效率高達(dá)96%，并在加熱墊中均勻密布，保證熱量在座椅加熱區(qū)域均勻釋放，碳纖維線及溫度分布均勻，又確保了加熱墊長期使用保持座椅表面皮革平整完好。不產(chǎn)生紋路痕跡、不產(chǎn)生局部變色。溫度超出設(shè)定區(qū)間則自動斷電，不能滿足溫度要求時自動通電調(diào)節(jié)溫度。
碳纖維有適宜人體吸收的紅外線波長，具有促進(jìn)健康的保健作用，可以充分減少駕乘疲勞，增加舒適度。□韓美
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