機車剎車盤在剎車的過程中由於剎車片與剎車盤之間的摩擦會產生大量的熱,生成的 熱量會對剎車片的材料和剎車效能產生嚴重的影響。該例主要分析剎車過程中的熱應力,為剎車盤的改進提供依據。
一、問題描述
如下圖所示的剎車盤,材料為鋼, 外徑為135mm,內徑為90mm,厚度為6mm;剎車盤基座上的圓環外徑外135mm,內徑100mm,厚度2mm,材料同樣為鋼;剎車片為樹脂加強複合材料,外徑為133mm,內徑為101.5mm,厚度為10mm,圓心角30度。摩擦係數隨著溫度變化。
溫度與摩擦係數的關係
溫度(℃)
20100
200300
400摩擦係數
0.37
0.38
0.41
0.39
0.24
溫度對材料效能的影響
溫度(℃)
20100
200300
彈性模量(n/㎡)
2.2e9
1.3e9
5.3e8
3.2e8
熱膨脹係數(k^-1)
1e-5
3e-5
二、問題分析
本例涉及到摩擦生熱和熱傳導過程以及由於熱產應的應力。在剎車過程中剎車盤和剎車片存在接觸摩擦關係。
可以將上述過程分為兩個分析步:1、對剎車片施加壓力,建立剎車片和剎車盤之間的穩定接觸關係;2、使剎車盤旋轉60度。兩分析步均採用動力學顯式熱應力耦合分析步。單元選擇熱應力耦合單元c3d8rt。
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