盘式制动器热应力场仿真分析
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ａ ｎ ｔ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｄ ｉ ｓ ｋ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ；ｔ ｈ ｅ ｍａ ｒ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ；ＡＮＳ ＹＳ
１ 引 言
盘式 制 动器 是一 种 常用 的制 动装 置 ， 广 泛应 用 于
上， 普通的计算方式如图 １ （ ａ ） 所示 ， 这种方法的缺点
在 于误差 较大 。针 对上 述方 法 的不足 ， 在非 线性求 解 中提 供解 法 ， 其 迭代 过程 如 图 １ （ ｂ ） 所示 ， 对 比可 以看 出其 计算 结果 要准 确 得 多 ， 为 了弥 补 收敛 性 的不 足 ， 可 以采用 自动 控制 载 荷 步 等方 法 对 求 解 过程 进 行 改
分别 与摩 擦盘 的不 同位 置接 触 ， 摩 擦 片和摩 擦盘 的接 触变 形 、 应力 分布 ， 为 了真实 地模 拟接 触 的过程 ， 需要 将摩 擦 片与摩 擦 盘 当做 柔 体处 理 ， 同时 采用 面 一 面 接
触类 型进 行仿 真分 析 。
交通 运输 、 矿 山 开采 等 领 域 ， 同时， 它也 是一 种 经 济 、 高效 的扭 矩加 载装 置 ， 随着 盘式 制 动器 应用 领域 的扩 展， 国 内外学 者针 对其 工作 性 能也 进行 了大 量 的研究 和探 索 。制 动器 制动 产生 摩擦 热 ， 如果 热应 力 的数值
进。
Ｆ
２ 三 维 热 应 力分 析概 述
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 具 有 强 大 的耦 合 场 仿 真 功 能 ， 在 温
度场一 结构场联合仿真中多采用顺序耦合 的方法 ， 即
温度 场仿 真采 用热 单元 分 析建模 ， 首先得 到 稳态 或者 瞬态 的 温 度 场 仿 真 数 据 ， 分 析 结 果 存 储 于． Ｒ Ｔ Ｈ 文 件， 然 后将 热单 元 转换 成 对 应 的结 构 单 元 ， 读 入 前 面
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超过 了摩擦材料 的强度极 限， 则 易使其表 面产生裂
纹， 如果 热应 力超 过 了摩 擦 材料 的屈 服 极 限 ， 将 导 致
其产 生热 变形 ， 所 以应 对摩 擦热 产 生 的应 力 场进 行分 析研 究 ， 了解 其特 点 和规 律 ， 为 盘 式制 动器 的性 能 优 化提 供参 考 。
Ｔｈｅ ｒ ｍａ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｄｉ ｓ ｋ Ｂｒ ａ ｋｅ Ｗ ＡＮＧ Ｚｈ ｅ
（ Ｌ ｖ ｊ ｉ ａ ｔ ｕ ｏ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆＫ ａ ｉ ｌ ｕ ａ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｊ ｎ ｄ ｚ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ，Ｔ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ０ ６ ３ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
・
机械 研 究 与 应 用 ・ ２ ０ １ ３ 年 第６ 期（ 第２ ６ 卷， 总 第１ ２ ８ 期 ）
研究与分析
盘 式 制 动 器 热 应 力 场 仿 真 分 析
王 哲
（开滦能 源化工股份有 限公 司 吕家坨矿业分公司， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ０）
摘
要： 利用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ建立 了盘式制动器热应 力三 维有 限元 分析 模型 ， 探 讨其在摩擦 副作 用下热应 力分布的特 点和规
律， 为盘式制动 器的性能优化提供参考 。
关键 词 ： 盘 式制 动 器 ； 热应 力； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
中图分类号 ： Ｔ Ｄ ５ ３ ４ ． ５
文献标志码 ： Ａ
文wk.baidu.com编号 ： １ ０ ０ ７ — ４ ４ １ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ０ ２ １ － ０ ３
４ 柔体一 柔体接触分 析的特点
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ默认 采 用 线 性 方 程 求 解 系 统 响 应 的 问 题， 由于 整个 接触 系统 的 “ 未知 性 ” ， 大 多数 的 线性 计 算都 需要 在不 断校 正 的基础 上进 行 ， 这 种矫 正方 法就 是将 载荷 分成 若 干载荷 步 以及他 们 的子步 ， 然后 依次 计算 ， 每一 步 新 的 计 算 都 建 立 在 已有 结 果 的 基 础 之
得 到 的温 度结 果文 件 ， 利用 内部 程序 计算 相应 时 刻 的
热 应力 ， 得到． Ｒ Ｓ Ｔ结 果文 件 ， 采 用单 元 转换 的方 法 将 前 面 得到 的温 度场 结果 按 时问顺 序 导人结 果 文件 ， 计
算 出相应 的热 应力 分布 结 果 。
３ 接 触 类 型 的 选 择
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｄ ｉ ｓ ｋ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ；ｔ ｈ ｅ ｍａ ｒ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ；ＡＮＳ ＹＳ
１ 引 言
盘式 制 动器 是一 种 常用 的制 动装 置 ， 广 泛应 用 于
上， 普通的计算方式如图 １ （ ａ ） 所示 ， 这种方法的缺点
在 于误差 较大 。针 对上 述方 法 的不足 ， 在非 线性求 解 中提 供解 法 ， 其 迭代 过程 如 图 １ （ ｂ ） 所示 ， 对 比可 以看 出其 计算 结果 要准 确 得 多 ， 为 了弥 补 收敛 性 的不 足 ， 可 以采用 自动 控制 载 荷 步 等方 法 对 求 解 过程 进 行 改
分别 与摩 擦盘 的不 同位 置接 触 ， 摩 擦 片和摩 擦盘 的接 触变 形 、 应力 分布 ， 为 了真实 地模 拟接 触 的过程 ， 需要 将摩 擦 片与摩 擦 盘 当做 柔 体处 理 ， 同时 采用 面 一 面 接
触类 型进 行仿 真分 析 。
交通 运输 、 矿 山 开采 等 领 域 ， 同时， 它也 是一 种 经 济 、 高效 的扭 矩加 载装 置 ， 随着 盘式 制 动器 应用 领域 的扩 展， 国 内外学 者针 对其 工作 性 能也 进行 了大 量 的研究 和探 索 。制 动器 制动 产生 摩擦 热 ， 如果 热应 力 的数值
进。
Ｆ
２ 三 维 热 应 力分 析概 述
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 具 有 强 大 的耦 合 场 仿 真 功 能 ， 在 温
度场一 结构场联合仿真中多采用顺序耦合 的方法 ， 即
温度 场仿 真采 用热 单元 分 析建模 ， 首先得 到 稳态 或者 瞬态 的 温 度 场 仿 真 数 据 ， 分 析 结 果 存 储 于． Ｒ Ｔ Ｈ 文 件， 然 后将 热单 元 转换 成 对 应 的结 构 单 元 ， 读 入 前 面
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｋ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＡＮＳ ＹＳ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｌ ａ ｗ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｆ ｉ ｒ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｉ ｒ ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｄ ｉ ｓ ｋ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ—
超过 了摩擦材料 的强度极 限， 则 易使其表 面产生裂
纹， 如果 热应 力超 过 了摩 擦 材料 的屈 服 极 限 ， 将 导 致
其产 生热 变形 ， 所 以应 对摩 擦热 产 生 的应 力 场进 行分 析研 究 ， 了解 其特 点 和规 律 ， 为 盘 式制 动器 的性 能 优 化提 供参 考 。
Ｔｈｅ ｒ ｍａ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｄｉ ｓ ｋ Ｂｒ ａ ｋｅ Ｗ ＡＮＧ Ｚｈ ｅ
（ Ｌ ｖ ｊ ｉ ａ ｔ ｕ ｏ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆＫ ａ ｉ ｌ ｕ ａ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｊ ｎ ｄ ｚ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ，Ｔ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ０ ６ ３ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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机械 研 究 与 应 用 ・ ２ ０ １ ３ 年 第６ 期（ 第２ ６ 卷， 总 第１ ２ ８ 期 ）
研究与分析
盘 式 制 动 器 热 应 力 场 仿 真 分 析
王 哲
（开滦能 源化工股份有 限公 司 吕家坨矿业分公司， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ０）
摘
要： 利用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ建立 了盘式制动器热应 力三 维有 限元 分析 模型 ， 探 讨其在摩擦 副作 用下热应 力分布的特 点和规
律， 为盘式制动 器的性能优化提供参考 。
关键 词 ： 盘 式制 动 器 ； 热应 力； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
中图分类号 ： Ｔ Ｄ ５ ３ ４ ． ５
文献标志码 ： Ａ
文wk.baidu.com编号 ： １ ０ ０ ７ — ４ ４ １ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ０ ２ １ － ０ ３
４ 柔体一 柔体接触分 析的特点
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ默认 采 用 线 性 方 程 求 解 系 统 响 应 的 问 题， 由于 整个 接触 系统 的 “ 未知 性 ” ， 大 多数 的 线性 计 算都 需要 在不 断校 正 的基础 上进 行 ， 这 种矫 正方 法就 是将 载荷 分成 若 干载荷 步 以及他 们 的子步 ， 然后 依次 计算 ， 每一 步 新 的 计 算 都 建 立 在 已有 结 果 的 基 础 之
得 到 的温 度结 果文 件 ， 利用 内部 程序 计算 相应 时 刻 的
热 应力 ， 得到． Ｒ Ｓ Ｔ结 果文 件 ， 采 用单 元 转换 的方 法 将 前 面 得到 的温 度场 结果 按 时问顺 序 导人结 果 文件 ， 计
算 出相应 的热 应力 分布 结 果 。
３ 接 触 类 型 的 选 择