[发明专利]一种用于多盘干式制动器多物理场综合作用下的温度场仿真分析方法

摘要

本发明公开了一种用于多盘干式制动器多物理场综合作用下的温度场仿真分析方法，首先从多盘干式制动器的机构及运动原理入手，建立了制动器的三维模型。其次根据流体场和制动器结构之间的互补性，建立了流体毛坯模型，并进行修改和删减，获得了最终的流体模型。然后计算流体域和固体域边界条件，进行热流耦合分析，得到了整体制动器的温度分布规律。最后开展了热固耦合分析，获得了温度场对制动器结构变形参数。本发明能够实现多盘干式制动器多物理场综合作用下的温度场仿真分析，比以往的单独温度场分析更加准确可靠，采用分区求解、边界耦合的方法优化了各物理场间的信息流向，使仿真更加简单、操作方便以及大大缩短了耗时。

主权项

1.一种用于多盘干式制动器多物理场综合作用下的温度场仿真分析方法，其特征在于实现步骤如下：步骤一、分析多盘干式制动器的机构特点及运动原理，获得制动器各部件的几何尺寸；步骤二、根据步骤一中分析获得的制动器的机构特点以及其几何尺寸建立制动器有限元分析模型；步骤三、根据制动器和其流体模型之间互补性，建立流体毛坯，然后减去轮毂，生成流体模型；然后与步骤二中的制动器模型装配成耦合模型；步骤四、采用微分的思路，将摩擦接触面分割成无数小块，采用摩擦力做工转化成热量的方法，计算给定工况条件下的摩擦副的产热量；具体计算原理为：把摩擦块和制动盘的摩擦接触面分为许多小块，每个小块的面积记为dA，把摩擦块对制动盘的法向压强记为p(t)，则dA面积上发生的摩擦力为：dF＝μ·P(t)·dA则摩擦力dF在dt时间内作用的距离为：dS＝ω(t)·r·dt假设dA面积上作用的摩擦力dF在dt时间内所做的功全部转化为热量，则产生热量为：dQ＝dF·dS＝μ·P(t)·dA·ω(t)·r·dt因此，制动过程中，制动器摩擦盘摩擦层上的热流密度为：q(r,t)＝dQ/(dA·dt)＝μ·P(t)·ω(t)·r式中，μ滑动摩擦系数，P(t)摩擦盘压力，ω(t)制动盘转速；步骤五、采用热流分配模型，计算对偶盘与摩擦盘间的热流分配；具体计算公式及其摩擦盘和对偶盘的材料参数如下：假设摩擦盘以及对偶盘的热流密度分别为q_n(r,t)，q_m(r,t)，可求得热流密度的分配系数K_q，如下：式中：λ_m为对偶盘热系数、C_m为对偶盘比热、ρ_m为对偶盘密度；λ_n为摩擦盘导热系数、C_n为摩擦盘比热、ρ_n为摩擦盘密度；已知：q(r,t)＝q_m(r,t)+q_n(r,t)以上公式联立可得：步骤六、采用有限元分析软件(ANSYSWorkbench)中的温度分析模块(Thermal)、结构度分析模块(Structure)和流体分析模块(Fluent)，搭建耦合信息传递平台；步骤七、将步骤三的耦合模型导入流体分析模块(Fluent)，在FLuent(流体分析模块)中施加对流换热系数和壁面初始温度，在温度分析模块(Thermal)中施加步骤四和步骤五中计算的边界条件，进行网格划分，并在三个模块中设置需要获得的结果；步骤八、在有限元分析软件(ANSYSWorkbench)主界面上，右键点击“更新”(Update)，开始计算；该方法针对多物理场综合作用下的温度场采用分区求解、边界耦合和单元转换的方式，简化了操作难度，缩短了仿真时间，使仿真结果更加合理，为研究制动器温度场的分布规律提出了一套切实可行的仿真流程。