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。     

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。     

Analvsis of the thermal-structural coupling for the brake of wind-turbine generation

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.     

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。     

矿车盘式制动器温度场的数值模拟

根据热分析理论,建立矿车盘式制动器摩擦副的有限元模型,模拟矿车制动过程的三维瞬态温度场,研究制动工况、制动时间对摩擦副温度的影响。研究结果表明,摩擦副温度场呈非轴对称分布,且轴向温度梯度较大;制动工况对温升速率和最大值影响显著;制动时间对温升过程有一定的影响。研究结果为制动器摩擦副热应力分析提供支持,进而为矿车盘式制动器工况提供技术数据,为改善制动器工作条件和改进制动器摩擦副的设计提供参考。     

汽车气压盘式制动器瞬时温度场研究

基于盘式制动器制动过程中能量耗散的研究,建立了紧急制动过程中制动盘与摩擦片瞬态温度场分析的有限：元模型。采用直接热力耦合有限元方法来分析制动器摩擦热的产生及其温度的瞬态分布。结果表明,摩擦片与制动盘的：最高温度和达到最高温度的时间都不一样,摩擦片的温度从内径到外径基本是升高的,制动盘表面温度是中间部分最：高,内外径表面温度相对较低。与间接热力耦合方法相比,直接热力耦合方法考虑了制动器温度场与其应力应变场的瞬;态交替影响,使温度场的研究结果更接近实际工况。     

基于ABAQUS制动器热流多场耦合建模分析

制动器工作过程中盘片摩擦产生的热流为非轴对称的,二者之间的热流耦合及其他场的耦合作用是影响制动效能的重要因素。基于以上问题,针对盘式制动器建立热传导方程,对盘片之间的摩擦传热和热流耦合现象进行分析。根据盘式制动器的结构特点和所建立的热传导数学模型,基于ABAQUS/Explict搭建其三维瞬态温度/应力场有限元模型,分析正常制动和紧急制动等典型工况下制动盘的温度场和应力场,对多场耦合现象进行分析;分析制动盘打孔后的温度场、热应力场等分布。结果表明:车辆在正常制动和紧急制动时,多场耦合有较大区别;正常制动工况最高温升160℃,紧急制动最高温升622℃;紧急制动工况,场耦合情况严重,温度场在轴向和径向上存在较大的温度梯度,对制动效能有较大影响;打孔不适用所研究的制动器,对场分布产生不利影响,会降低制动效能。所搭建模型和分析结果为实际设计提供参考。     

风电主轴盘形制动器温度场的数值模拟

制动摩擦热对摩擦副的摩擦学特性有着重要影响。根据制动摩擦热分析理论,建立了风电主轴盘式制动器摩擦副的有限元模型,并模拟了风电制动过程的三维瞬态温度场,获得了风电主轴制动器紧急制动工况下的温度场分布。结果分析表明,制动盘表面温度场呈非对称分布,且温度高和温度低的区域区别显著,摩擦副径向、轴向和周向上存在较大的温度梯度并预测了制动盘可能存在安全隐患的部位。得到风电主轴单次制动120 s内的摩擦副热量产生与耗散曲线,预测了单次制动后摩擦副恢复常温所需时间。     

重载车辆用油冷盘式制动器热-机耦合研究

为了解决重载车辆盘式制动器使用寿命短、热变形较大等问题,以油冷盘式制动器为研究对象,建立油冷盘式制动器制动工况下热机耦合分析模型,最后得到制动盘厚度与冷却油流速对制动器制动盘接触表面、内部的应力场、温度场分布影响规律。研究结果表明,油冷盘式制动器在连续制动工况下最高制动温度与最大制动应力均满足材料使用要求;随着制动盘厚度增加,制动器制动温升变化量、应力值均呈现下降的趋势;随着油液流速的增加,制动器最高温度与最大应力也呈现下降趋势,且当油液流速为4 m~3/h时,制动器应力值稳定。     

鼓式制动器热-结构直接耦合有限元分析

鼓式制动器的制动过程涉及到接触应力场和摩擦生热温度场的相互耦合作用,在制动过程中,温度的变化会对结构的变形及材料属性产生影响,同时,结构的变形也会改变结构的热边界条件,进而又影响温度的变化。采用ANSYS直接耦合场方法建立鼓式制动器非线性仿真模型,考虑摩擦的影响,仿真计算一次紧急制动工况下鼓式制动器应力场、温度场以及摩擦副间接触压强分布随时间的变化情况。     

发动机活塞的热结构耦合分析

用ANSYS计算了该发动机活塞二维轴对称简化模型单独在燃气压力和燃气温度作用下以及在燃气压力和温度共同作用下的温度分布、应力和位移,并且计算了活塞三维1/4模型的温度场;最后对计算结果进行了全面的综合比较分析.     

300MWe级核电站主泵流固耦合传热研究

反应堆冷却剂泵的流动、传热问题涉及计算流体力学和固体传热有限元学,流、固传热系统在交界面处边界条件的确定是一个重点。利用分区求解、边界耦合的方法将流体和固体作为一个整体研究,在交界面上先假定一个初始温度,再进行迭代计算。通过对计算结果进行分析,从而得到主泵实体及流体的温度分布与流体流动状态有密切关系,叶片温度受流动状态影响较大,轮毂处相对较小,叶轮叶片表面高温区类似涡状。为研究主泵流场、温度场和应力场的三场耦合问题,提供了依据。     

耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究

针对气液固三相磨粒流抛光研究中流场分布不均问题,对气液固三相磨粒流中的湍流分布、湍流峰值分布、能量分布、温度分布和加工质量等方面进行了研究,对气液固三相磨粒流的抛光方法和抛光问题进行了归纳,提出了一种耦合超声场的气液固三相磨粒多物理场数值模拟方法,利用超声场的交变声压增加了气液固三相磨粒流流场的扰动,改变了流场分布。研究结果表明:不同的超声频率和声压幅值会带来不同的流场分布,其中频率为20 k Hz、声压幅值为30 k Pa的超声场所得的流场分布最优。该研究成果对气液固三相磨粒流抛光方法的推广与实际运用具有重要意义。     

基于ANSYS的辊套热结构耦合分析

利用ANSYS有限元软件对辊套建立二维稳态分析模型,解决了辊套传热中存在质量传输的问题;ANSYS热分析揭示了在轧制过程中辊套的温度场分布规律,并在温度场分析的基础上,通过转换分析单元及网格重划,作ANSYS热结构耦合分析,实现热应力和外载荷的热结构耦合分析,得到辊套的应力场分布规律;并结合生产实践分析辊套疲劳失效的原因.     

微结构热力耦合解析的元胞自动机方法

针对微机电系统多物理场耦合效应有限元解析所遇到的难题,应用元胞自动机的思想来解析其热-力耦合场．以典型微结构中的平板结构为研究对象,根据应变能守恒,将连续性单元转化为米字形桁架结构,并建立元胞空间;从简单的二力杆热力分析出发,推导热应力的局部规则,建立了该平板结构的元胞自动机模型,对热弹性力学中的平面应力问题进行了分析．从实例解析出发,对热应力产生的不同情况进行了模拟分析,验证了所建热-力耦合解析方法的可行性和算法的效率．该解析算法也适用于力载荷或位移载荷,为微结构多物理场耦合解析提供了有效的解析方向．     

单光束 SERF 磁强计三轴磁场解耦磁补偿校准方法

针对单光束SERF原子磁强计磁补偿过程中的三轴磁场耦合问题,提出了一种对磁强计三轴顺序补偿值进行反向校准的方法,用于减小三轴补偿过程中产生的耦合磁场。首先,构建了三轴磁场耦合数学模型,即一个3×3的耦合系数矩阵,来描述三轴之间的磁场耦合关系,并对实验室磁强计样机进行了三轴耦合系数测试。然后,提出了一种应用三轴耦合系数对三轴顺序补偿值进行反向校准的方法;最后,对比了校准前后的磁补偿效果。实验表明,经三轴顺序补偿反向校准后,磁强计的响应线宽平均变窄2～10 Hz,灵敏度提高3～5 fTHz^1/2,验证了该方法的有效性,为进一步优化磁补偿技术奠定了基础。     

惯性冲击式运动原理的理论分析与仿真

利用拉格朗日方程建立基于惯性冲击式驱动原理的微小型机器人的动力学模型，对该模型进行求解与仿真；利用有限元分析方法对机器人机构连行模态分析与瞬态动力学分析。两种分析方法都考虑了双压电膜机构与电场的耦合关系，以及机器人的支撑与管壁之间的接触摩擦。通过对两种方法的分析结果对比，验证了惯性冲击式运动原理的正确性，以及该原理用于管内移动微小型机器人驱动是可行的。     

硬态切削工件表面白层厚度预测方法

硬态切削过程中产生了高的机械载荷和热载荷,工件表面易产生白层组织,研究硬态切削工件表面白层的形成机理并对白层厚度进行建模预测,对于改善硬态切削加工技术具有指导意义。以探究白层形成机理为研究目标,综合运用弹塑性力学、热力学和材料相变理论,建立热力耦合的硬态切削模型,模拟了硬态切削过程中的温度场和应力场,分析了工件表面白层形成的组织转变过程,以热力影响下的材料相变温度作为白层形成的判据,建立了白层厚度的预测方法,并以轴承钢GCr15为研究对象,预测了不同切削参数下白层的厚度,对预测结果加以对比验证。研究结果表明:对于硬态切削工件表面白层的形成,基于相变理论的白层厚度预测方法是可行的。