案例10 - 刹车盘热固耦合分析

1.案例介绍

刹车盘，就是一个圆的盘子，车子行进时它也是转动的。当踩刹车时制动卡钳夹住刹车盘起到减速或者停车的作用。刹车盘在制动过程中会受到摩擦力作用，产生大量的热量，导致刹车盘温度升高。高温下刹车盘的应力和应变情况会发生变化，可能产生热疲劳和热变形等问题。
因此，对刹车盘进行热固耦合分析可以揭示其在高温下的应力和应变情况，预测其疲劳寿命和安全性。此外，通过对刹车盘进行热固耦合分析，还可以了解刹车盘的热传导和热对流情况，优化刹车盘的散热设计，提高其冷却性能和热管理效果。这有助于减少刹车盘的过热现象，提高制动性能和安全性。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何导入几何，自动生成网格
  • 学习如何导入模型网格
  • 学习如何设置模型与材料相关选项
  • 学习如何求解计算
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

步骤一：导入网格

进入热力学分析模块，点击“热力学分析”下的“网格”，在类型处选择“上传网格”，点击下面的上传网格将目标网格上传至CAE平台，本案例网格名为M_BRAKE。如下图所示：

步骤二：设置时变特性

点击“热力学分析”，设置“时变特性”为稳态，“惯性效应”为静态，关闭“非线性效应”开关。

步骤三：接触设置

1）点击“线性接触”后的“+”，添加第一个线性接触，“连接方法”使用绑定，“位置容差”与“容差”采用默认设置。设置“主接触面位置”为体V_ALL，“从接触面位置”为面fir_1。

2）再次点击“线性接触”后的“+”，添加第二个线性接触，“连接方法”使用绑定，“位置容差”与“容差”采用默认设置。设置“主接触面位置”为体V_ALL，“从接触面位置”为面fir_2。

步骤四：单元设置

“单元设置”处选择“自动”。设置如下图所示：

步骤五：全局模型设置

全局模型设置即设置模型的加速度载荷，设置Z轴负向加速度，值为9.8，如下图所示：

步骤六：材料设置

材料是有限元计算中必须设置的内容，软件可以通过材料的相关设置组装出模型的质量、刚度等矩阵。
点击材料后的“+”，进入材料库选择“钢”，施加位置在体“V_ALL”；再次点击“材料”后的“+”，进入材料库中选择材料“铁”，施加位置在体“V_1”和“V_2”。具体如下图所示：

步骤七：边界条件和荷载

1）点击“边界条件与载荷”后的“+”，设置“体积热源”边界，“生热率”设为1000000，施加位置在体“V_1”和“V_2”。

2）点击“边界条件与载荷”后的“+”，设置“热对流”边界，“环境温度”设为20摄氏度，“热传导系数”设为10，施加位置在面“fix_face”、“force_1”、“force_2”、“left_face”、“right_face”。

3）添加边界“固定支撑”，施加位置在面“fix_face”。

4）添加边界条件“离心力荷载”，轴上点为（0,0,0），旋转轴为（0,1,0），转速设为90rad/s，施加位置在体“V_ALL”。

5）添加边界条件“压强”，大小为1e5Pa，施加位置在面“force_1”、“force_2”。

步骤八：求解器设置

求解器采用默认设置如下图所示：

步骤九：时间步设置

时间步与资源设置采用默认设置

步骤十：结果设置&计算

点击结果配置前的“+”，会弹出物理场，打开物理场前的“+”会弹出一部分默认输出的物理场，其余的物理场可以通过点击“物理场”后的“+”。这里需要配置的物理量如图所示。

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。

步骤十一：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：