Приклад дискового гальма 1 - ESOCAETWIKIPLUS

Від ESOCAETWIKIPLUS

У цьому прикладі показано моделювання дискового гальма.

Конструкція складається з внутрішньовентильованого металевого вікна автомобіля.

Метою моделювання є розрахунок перехідного, залежного від часу розподілу температури в гальмівному диску під час гальмування.

Моделювання слід проводити з якомога меншими обчислювальними зусиллями (час обчислення, вимоги до пам'яті), щоб полегшити грубі розрахунки та вивчення варіантів.

Зміст

будівництво

Автомобільне дискове гальмо має зовнішній діаметр 340 мм.

Диск внутрішньо провітрюється, що означає, що накладки тиснуть на два диски з обох сторін, які підтримуються один проти одного ребрами. Область ребер надає велику поверхню навколишньому повітрю, завдяки чому відбувається хороше охолодження і тепло може відтікати від поверхні матеріалу до навколишнього повітря.

Значення матеріалу для сталі гальмівного диска наведено тут:

Теплопровідність λ = KXX = 40 [Вт/(м К)]
питома теплоємність cp = C = 500 [Дж/(кг K)]
Щільність ρ = DENS = 7800 [кг/м 3]

Під час гальмування транспортний засіб масою 2000 [кг] повинен гальмуватися зі швидкості 250 [км/год] до місця зупинки з постійним уповільненням через 10 [с]. При однаковому навантаженні на всі чотири диски на колесах автомобіля це призводить до роботи W = 1,204e6 [Вт] на диск або потужності 120,4 [кВт] під час процесу гальмування.

ідеалізація

модель

Осісиметрія використовується для отримання імітаційної моделі, яка призводить до найменших можливих зусиль для вирішення. На ілюстрації праворуч ця модель зображена на ескізі гальмівного диска. Лінія штрихової точки - вісь обертання гальмівного диска. Кольоровий переріз, намальований кольором в обрисах гальмівного диска, є тим перерізом, який є результатом уявного порізу в кутовому положенні окружності. Колір твердого металу (бірюза) та область ребер (фіолетовий) диска розрізняються.

Осісиметрія передбачає, що геометрія однакова для всіх радіальних перерізів моделі, тобто не залежить від кутового положення навколо осі. Таким чином, модель представлена у вигляді радіального перерізу в площині, який охоплений радіальним (зсередини назовні) та осьовим (вздовж осі) напрямком. Отже, окружний напрямок є в основному нормальним до площини моделі (перпендикулярно до неї). При такому осісиметричному моделюванні навантаження також повинні бути незалежними від кутового положення навколо осі, тобто вони повинні бути однаковими по колу. (У будь-якому випадку, це "нормальний випадок". В особливих випадках осісиметричне моделювання також може використовуватися для навантажень, нерівномірних по колу. Для цього підходять елементи з "наближенням гармонічного навантаження". Ця особливість тут не обговорюється далі. )

Матеріальні дані

На іншому малюнку праворуч показано поперечний переріз із розмірами (у [м]). Вісь x спрямована в радіальному напрямку, вісь y вздовж осі колеса.

Область ребер вимагає особливої уваги, оскільки насправді тут немає осьової симетрії. Якщо уявити собі порізи в різних кутових положеннях через гальмівний диск, то іноді ребра прорізаються, а іноді зазори (зазори) між ребрами. У цьому прикладі використовується "змащений" розподіл. Для області ребер одне ребро не враховується окремо, але враховуються інші властивості матеріалу в цій області.

На малюнку область матеріалу 1 являє собою сталевий матеріал, який є твердим і постійно закритим по всій окружності диска.

Площа матеріалу 2 представляє площу внутрішніх вентиляційних ребер між зовнішніми поверхнями стекол. Частка ребер становить приблизно 1/5 = 0,2. Цей фактор знижує теплопровідність в осьовому (KYY) напрямку. Теплопровідність у радіальному напрямку (KXX) та в окружному напрямку (KZZ) встановлюється на значення, близьке до нуля. Це показує, що ребра витягнуті і тонкі, і вони з'єднують лише два диски в осьовому напрямку. Жодна теплопровідність не відбувається поперечно ребрам, тобто не радіально назовні від одного ребра до іншого, а також, відповідно, не в окружному напрямку. Для регулювання теплоємності щільність (DENS) залишається незмінною, а питома теплоємність (C) зменшується.

Граничні умови, навантаження

Конвекція до навколишнього повітря показана на всіх зовнішніх поверхнях моделі. Особливістю тут є те, що поверхні, які внутрішньо провітрюються, також мають конвекцію до навколишнього середовища. Отже, так би мовити, вплив на навколишнє середовище повинен бути відображений у нашій моделі FEM. Чому «всередині моделі»? Ми знаємо, що площа матеріалу 2 являє собою ребра, але для моделі FEM ця площа поперечного перерізу є поверхнею, як твердий матеріал, лише з дещо різними значеннями матеріалу. Більш високе значення тепловіддачі використовується як основа для конвективного відводу тепла до навколишнього повітря у внутрішній частині ребер. Це відбувається внаслідок потоку повітря, який виникає між ребрами. Радіальне розташування ребер створює ефект вентилятора, завдяки чому збільшений потік через внутрішню область від маточини відбувається радіально назовні.

Ще однією особливістю є край моделі, на яку діють гальмівні колодки. Тут - як і на інших зовнішніх краях - конвективне тепло повинно віддаватися навколишньому повітрю. Але там, де гальмівні колодки контактують, вхідна потужність також повинна бути відображена для частини окружності поверхневим навантаженням щільності теплового потоку.

Покриття діють на область диска між радіусами r = 110 [мм] і r = 160 [мм]. В цій області вводиться теплова потужність. В інтервалі часу гальмування вхідна потужність вважається постійною. Для простоти конвективне виділення тепла в навколишнє середовище також вважається постійним протягом часу. Нехтується тим, що величину тепловіддачі доцільно зменшувати із зменшенням швидкості.

Дискретизація

При дискретизації використовувались плоскі елементи. Поділ елементів можна побачити на 2-му малюнку вище. Цей принциповий приклад є відносно грубим. Обчислювальних зусиль дуже і дуже мало, і їх можна очікувати в межах секунд.

рішення

Рішення виконується як перехідне моделювання температурного поля.

Оцінка спочатку виконується в інтервалі часу 0

Два розподіли температури показані на малюнку праворуч.

Ліве часткове зображення показує розподіл температури в кінці процесу гальмування - тобто момент часу, коли транспортний засіб щойно зупинився. Максимальна температура Tmax = 570 ° C. Температури підвищуються локально в зоні тертя. Всередині панелі все ще відносно холодно.

Права частина показує результати в кінці розрахункового простою при t = 100 [с]. У цей інтервал часу відбувається по суті охолодження гальмівного диска та вирівнювання різниці температур у матеріалі. Максимальна температура через 100 [с] - Тенденція = 184 ° C. У порівнянні з розподілом відразу після гальмування ви бачите, що температури в зоні тертя значною мірою зрівнялися. Все ще спостерігається падіння температури у напрямку до концентратора.

рейтинг

За допомогою цих розподілів конструктор гальм може оцінити, чи працює диск в допустимому діапазоні, чи він перегрівається.

геометрія в області ребер: тут були змінені дані про матеріали,
конвективне тепловиділення в області ребер: тут застосовувались граничні умови всередині моделі,
на зовнішній стороні стекол конвективне розсіювання тепла та подача тепла через тертя накладки: тут нехтувалось впливом обертання диска на тимчасову послідовність цих впливів.

Послідовність навантаження інтервалів може бути адаптована до випробувальних маршрутів або заснована на дуже конкретних циклах руху.

Порівняно з цим принциповим прикладом, багато інших деталей можна взяти до уваги при моделюванні, таких як.

Деталі геометрії та конструкції,
Залежності даних матеріалу від температури (це робить моделювання нелінійним,
Залежності навантажень (конвекція, подача тепла через тертя) від температури та швидкості струму.

Механіка конструкцій

На додаток до цього моделювання температурного поля може бути проведений розрахунок максимальної деформації теплової панелі ("екранування панелі"). Ці механічні деформації через нерівномірний розподіл температури в диску важливі для конструкції гальмівної системи. Їх можна визначити за допомогою структурно-механічного розрахунку. Потім цей механічний розрахунок можна виконати після розрахунку температурного поля (перераховані місцеві температури передаються) або поєднати з розрахунком температурного поля.