准高速机车制动盘三维温度场及热应力场分析

应用有限元方法对准高速机车制动盘制动过程中由于摩擦生热引起的热弹性问题进行研究.利用Pro/E软件建立制动盘三维实体模型,并将之导入ANSYS中建立制动盘的三维有限元模型.根据热力学理论建立传热数学模型以及耦合的热弹性本构模型.虚拟仿真过程中考虑热流密度和换热系数随时间变化的影响,得出随时间变化的温度场和应力场.仿真结果表明,制动盘在制动后20s最高温度达到121℃,在制动后10s最大应力达到210MPa.     

基于ABAQUS的地铁制动盘制动过程动态仿真模拟

基于ABAQUS软件建立地铁制动盘的有限元模型,确定热-机耦合的载荷与边界条件,建立地铁制动盘制动过程中摩擦生热动态仿真模型,采用完全耦合热-机耦合原理同时考虑温度场与应力场之间的相互影响,准确的揭示地铁制动盘在制动过程中的温度场与应力场,对分析制动盘的热裂纹产生,提高制动盘寿命提供依据。     

矿井提升机制动盘温度场与应力场的数值模拟

基于热传导理论和热弹性力学理论,对矿井提升机的制动过程进行了数值模拟。分析了制动过程中制动盘表面上边界条件的变化规律,并着重探讨了制动过程中制动盘表面对流换热系数的计算方法。在变物性的前提下,依据实际的几何尺寸,建立矿井提升机制动盘循环对称三维有限元模型,研究不同制动工况下制动盘的温度场和应力场分布。文中还对热应力的计算方法进行了探讨,并分析比较了各种方法的优劣性。研究结果表明:制动盘的温度应力分布与制动初始速度和加速度的大小密切相关。本研究为提升机提升速度和制动加速度的优化和高性能制动系统的设计开发提供了重要的参考依据。     

地铁列车轴装制动盘热力耦合仿真分析

电制动失效时的摩擦制动热负荷引起的制动盘热疲劳损伤是影响列车运行安全的重要因素。建立地铁列车轴装制动盘摩擦制动三维有限元模型,调查了制动盘在一次常用制动、一次紧急制动两种制动工况时的热-力耦合情况,获得制动盘在两种制动方式下的温度场和应力场。仿真结果表明,不同工况下制动盘面的温度分布具有相似规律,即在制动初期,盘面温度迅速上升并很快达到峰值点166.81℃和151.5℃,随后盘面温度缓慢下降。应力场初始以机械应力为主,随着制动温度的上升,热应力成为主要影响因素。应力场与温度场分布相似,但应力峰值延后于温度峰值出现。热应力在制动中会引起材料损伤积累,导致制动盘疲劳开裂。     

工程车辆盘式制动器孔盘结构对散热影响分析

孔盘结构很好的解决了盘式制动器涉水时水膜的不利影响,而被普通公路车辆采用。工程车辆不存在涉水情况,分析孔盘结构对其温度场及应力场影响。基于三维瞬态温度场热传导方程,建立温度场传热方程,并搭建有限元模型;对比分析紧急制动工况下,两种形式制动器温度场、应力场分布;搭建试验台,对分析结果进行验证。结果可知:,制动初速度越小,温升最高时刻点越靠后;温度场和应力场的耦合会使制动盘产生更大的热应力使制动盘疲劳强度降低,寿命缩短,整个制动系统的制动效能下降;打孔对于制动盘的温度场、热应力场产生不利影响,会降低制动效能;因此,由于工程车辆盘式制动器的安装特点,不宜采用此种孔盘结构制动器形式。     

基于相似理论的列车制动摩擦副缩比模型研究

基于相似理论设计列车制动缩比摩擦副,利用有限元软件ADINA,在制动速度100 km/h、制动压力1.1 MPa工况下,对1∶1制动盘和缩比制动盘的三维瞬态温度场与应力场分布情况进行模拟分析,进而探讨二者的等效性。结果表明:缩比制动盘与1∶1制动盘温度场与应力场分布的模拟结果基本一致,缩比制动盘的峰值温度为203.9℃,较1∶1制动盘低22.4℃;缩比制动盘的峰值应力为308 MPa,较1∶1制动盘低48.7 MPa;且同工况下缩比模型的试验数据与1∶1制动盘模拟结果基本吻合,二者制动时间相差1 s,峰值温度相差26.9℃,验证了缩比模型的合理性。     

基于ANSYS Workbench的盘式制动器热-机耦合分析

为进一步研究盘式制动器在制动过程中的行为,在建立盘式制动器热-机耦合简化计算模型的基础上,考虑温度变化对材料物理性能和摩擦因数的影响,运用ANSYS Workbench模拟分析不同制动初速度与不同制动压力下制动盘的热-机耦合特性,并从制动盘径向、周向、轴向等维度对其温度场与应力场进行了研究。结果表明：盘式制动器在紧急制动过程中,温度和应力的最大值与制动初速度和制动压力成正相关;制动初速度和制动压力对制动盘温度场和应力场有较大的影响,其中制动压力对制动盘温度和应力最大值的影响比制动初速度更加明显;制动盘温度与等效应力在圆周上都呈环带状分布,二者具有一致性,制动盘达到温度最大值早于达到应力最大值,二者之间具有耦合特性;制动盘温度在径向和轴向上存在较大的温度梯度,从而引起较大的应力变化。研究结果为探索制动盘温度场、应力场分布规律和制动盘在不同工作状态下的热-机耦合特性提供了参考。     

水冷盘式制动器热疲劳失效有限元分析

针对海洋钻井绞车在连续下钻过程中的制动工况,建立了水冷盘式制动器三维热—机耦合分析模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS数值模拟了制动器的制动过程,获得了制动盘表面及内部温度场与应力场的分布特征,并以此为基础分析了制动盘热疲劳失效的机理。研究结果表明:连续制动工况下,制动盘的温度场与应力场相互耦合,两者具有相似的变化规律;周向热应力是形成制动盘表面初始裂纹的主要应力分量,在热应力反复作用下,该初始裂纹发展为粗大的裂纹,最终导致制动盘的断裂。分析结果与实际情况吻合较好,从而证明了该分析方法的正确性和可行性。     

盘式制动器热-结构耦合的数值建模与分析

在充分考虑移动热源且速度可变效应影响、盘与片摩擦界面间热流耦合的基础上,根据制动盘与摩擦片的实际几何尺哌寸,建立一个紧急制动工况下三维瞬态热-结构耦合的计算模型,运用大型有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟盘式制动器的制动过程.揭示制动过程中制动盘瞬态温度场/应力场的分布规律,发现二者之间存在着耦合关系,二者随制动时间明显地呈现周期性变化,这些周期波动是由移动热源产生的热流冲击和对流换热影响的交替作用所引起的,且其变化周期随制动时间的延长而增大.并初步探讨制动盘产生径向裂纹的原因.     

通风盘式制动器热抖动现象仿真分析

制动器是汽车制动系统的核心部件,以目前轿车上普遍采用的通风盘式制动器为例,应用非线性有限元软件Abaqus建立制动器摩擦接触的热—机耦合的有限元模型,模拟紧急制动时制动盘由于热力耦合引起的热抖动现象。仿真结果表明制动过程中温度场和应力场是相互耦合的,并且呈周期性波动,频率和制动盘的转动频率是一致的,制动过程中形成的一个时变的移动热载荷和对流换热的共同作用是温度场和应力场波动的主要原因。不均匀分布的热应力引起制动盘产生向盘毂内侧翘曲和厚度变化的热变形,并由此导致接触状态和接触压力发生变化,引起制动时的热抖动。     

三维热弹耦合场作用下汽车制动鼓的性能分析

将制动中的辐射换热等效为对流换热,建立汽车鼓式双领蹄制动器三维热弹耦合模型。考虑制动摩擦力矩的影响,对多次连续制动工况下的制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场进行有限元数值模拟,获得制动鼓的内外表面的温度、热应力及热机耦合强度变化规律。     

风电制动器的热—结构耦合分析

针对制动器紧急制动时制动盘的旋转运动规律,根据风电制动器的实际结构和热传导的基本理论,建立了制动盘的温度场的数值模型,提出了循环迭代的计算方法,并用ANSYS有限元软件模拟了制动盘的温度场。将温度场中的热单元转化成结构单元实现热-结构的间接耦合,采用184单元刚性梁特性来带动制动盘转动,从而来模拟制动盘的减速运动,在充分考虑温度场和应力场的耦合关系的情况下,提出了分步加载的方法来计算制动盘的应力场。模拟结果表明:制动盘摩擦区域的点的等效应力分布与其温度场的分布基本一致。     

蹄-鼓式制动器热弹性耦合有限元分析

首先探讨蹄—鼓式汽车制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性动力学问题及其分析方法,包括摩擦生热模型、多物理场中的弹性体有限元模型、接触问题模型的建立方法以及相应的数值分析方法。然后,利用有限元分析软件ADI-NA建立一种新型蹄—鼓式制动器热弹性耦合动力学分析的三维有限元模型,确定对模型求解的位移边界条件和热边界条件,设定材料物性参数、加载过程及模拟工况,探讨进行制动器热弹性耦合有限元分析的过程,通过仿真计算得到制动器工作过程中摩擦副间接触力分布、制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场等重要信息。     

带式制动器瞬态温度场的有限元分析

依据传热学理论和带式制动器的结构特点,建立了制动带瞬态温度场数值模拟三维有限元计算模型,用有限元分析软件MSC.Marc进行了紧急制动工况下瞬态温度场的分析计算,获得了内部温度场分布规律;分析了摩擦片不同性能参数对温度场分布规律的影响,为带式制动器的优化设计提供参考。     

考虑摩擦副接触应力场和冷却流场的湿式离合器温度场分析

温度对湿式离合器摩擦副的摩擦特性和热失效具有重要影响。为了获取湿式离合器温度场的分布规律,建立摩擦副接触应力分布有限元模型和摩擦片沟槽内冷却流场数值计算模型,获得了摩擦副接触应力随离合器接合油压的变化规律和冷却流场对流换热随离合器转速的变化规律。在此基础上,提出考虑离合器摩擦副接触应力分布时变特性和冷却流场分布时变特性的离合器温度场数值计算模型。将所建温度场模型的仿真结果与试验结果作对比,验证了所建温度场模型的正确性。通过计算获得了湿式离合器接合过程中不同钢片在半径和厚度方向的温度分布规律,揭示了摩擦副接触应力场和摩擦片沟槽内冷却流场对离合器温度场的影响规律。结果表明,在离合器摩擦副半径方向上,摩擦副的温度分布规律与接触应力分布规律相一致。而摩擦片沟槽内冷却流场的对流换热主要影响离合器同步阶段的温度分布。     

螺旋锥齿轮磨齿温度场研究与应用分析

根据螺旋锥齿轮的数控磨削原理,采用热传导和矩形移动热源理论及有限元分析方法,建立了磨齿温度场有限元分析3D模型和磨齿瞬态温度场。对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热应力和热变形。实例和试验分析表明:磨齿瞬态最高温度远高于磨齿稳态温度,且位于磨削弧中心;其他各点的瞬态温度,随位置、时间以及其他影响因素的不同,呈现不同的变化规律。磨齿瞬态热应力、热变形与磨齿瞬态温度密切相关,同时还受结构、材料特性和磨削条件等因素的影响,磨齿瞬态最大热应力与热变形位于磨齿瞬态最高温度附近。在其他条件相同时,采用油基磨削液的瞬态最高温度、热应力与热变形均比采用水基磨削液时要大。     

激光弯曲成形温度场与应力场的有限元模拟

建立了三维瞬态温度场的数学模型。使用有限元分析软件M SC.M arc对41C r4钢工件激光弯曲成形过程的温度场进行了有限元数值模拟,并在温度场的基础上进一步分析了板材激光弯曲成形过程中的应力场。     

动车组铸钢制动盘裂纹扩展寿命预测

为研究动车组铸钢制动盘出现裂纹后裂纹扩展速率和扩展寿命,根据制动盘材料参数,使用ANSYS软件建立制动盘的循环对称三维瞬态计算模型,采用间接耦合方法计算制动盘的温度场和应力场,得到在动车组速度为300 km/h的工况下,裂纹处的温度为355.33℃。以温度计算结果作为初始载荷计算制动盘热应力,制动盘最大热应力为899 MPa,盘面裂纹处的应力为501 MPa。并将计算结果作为计算制动盘的载荷输入到NASGRO中,对裂纹扩展速率和扩展寿命进行计算和分析。计算和分析结果表明,此材料制动盘径向裂纹长度尖端处的应力强度因子和扩展速率均高于深度尖端处;计算得出制动盘裂纹扩展寿命为制动48 831次,为该制动盘的使用提供参考。     

基于长大坡道持续制动的新型制动盘研究

随着我国中西部地区高速铁路的建设,由于长大坡道线路带来的问题日益凸显。在长大坡道行驶时如果电制动出现故障,将采用纯空气制动,长大坡道造成的持续制动会导致制动盘的热负荷急剧上升。由于散热的时效较慢从而导致制动盘温度过高,同时产生较大的温度梯度,从而导致制动盘热疲劳裂纹产生。为了解决长大坡道工况下制动盘的换热效率提升和降温问题,基于兰新线的长大坡道工况,通过设计新型的铝嵌钢结构制动盘,采用有限元分析软件对铝嵌钢结构制动盘和全钢制动盘进行仿真计算,得到温度场和热应力分布。结果表明,在长大坡道采用纯空气制动时,铝嵌钢制动盘可以在实现轻量化的同时明显降低制动盘面的温度和温度梯度,缓解长大坡道制动带来的制动盘热疲劳问题。