1. tárcsafék - ESOCAETWIKIPLUS
Az ESOCAETWIKIPLUS-ból
Ez a példa egy tárcsafék szimulációját mutatja be.
A konstrukció egy belső szellőzésű autóablak fémből áll.
A szimuláció célja a féktárcsa tranziens, időfüggő hőmérséklet-eloszlásának kiszámítása fékezés közben.
A szimulációt a lehető legkevesebb számítási erőfeszítéssel (számítási idő, memóriaigény) kell elvégezni a durva számítások és a változatok vizsgálatának megkönnyítése érdekében.
Tartalomjegyzék
Építkezés
Az autó tárcsafékének külső átmérője 340 mm.
A korong belső szellőzéssel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy a párnák mindkét oldalról két korongot nyomnak, amelyeket bordák támasztanak egymás ellen. A borda területe nagy felületet ad a környezeti levegőnek, így jó a hűtés és a hő el tud áramlani az anyag felületétől a környező levegőig.
A féktárcsa acéljának anyagértékei a következők:
- Hővezető képesség λ = KXX = 40 [W/(m K)]
- fajlagos hőteljesítmény cp = C = 500 [J/(kg K)]
- Sűrűség ρ = DENS = 7800 [kg/m 3]
Fékezéskor a 2000 [kg] tömegű járművet 250 [km/h] sebességről álló helyzetbe kell fékezni állandó lassítással 10 [s] alatt. Ha a jármű kerekeinek mind a négy tárcsa azonos terheléssel rendelkezik, akkor ez a lemezenként W = 1,204e6 [Ws] vagy a fékezési folyamat alatt 120,4 [kW] teljesítményt eredményez.
eszményítés
modell
A tengelyszimmetriát olyan szimulációs modell megszerzésére használják, amely a lehető legkevesebb megoldási erőfeszítést eredményezi. A jobb oldali ábrán ez a modell a féktárcsa vázlatán látható. A szaggatott-pont vonal a féktárcsa forgástengelye. A féktárcsa körvonalaival színnel rajzolt keresztmetszet az a keresztmetszet, amely egy képzeletbeli vágásból származik a kerület szöghelyzetében. A korong szilárd fémének színe (türkiz) és a borda területe (lila) megkülönböztethető.
Az tengelyszimmetria feltételezi, hogy a geometria megegyezik a modell összes radiális szakaszán, vagyis független a tengely körüli szögállástól. Ez a modellt sugárirányú szakaszként mutatja a síkban, amelyet a sugárirányú (belülről kifelé) és axiális (a tengely mentén) irány átfed. A kerületi irány tehát alapvetően normális a modell síkjával (merőleges rá). Ennél a tengelyszimmetrikus modellezésnél a terheléseknek függetlennek kell lenniük a tengely körüli szögállástól is, vagyis a kerület körül azonosaknak kell lenniük. (Mindenesetre ez a "normális eset". Különleges esetekben a tengelyszimmetrikus modellezés olyan terheléseknél is alkalmazható, amelyek egyenetlenek a kerületen. Erre alkalmasak azok az elemek, amelyek "harmonikus terhelés megközelítéssel" rendelkeznek. Ezt a sajátosságot itt nem tárgyaljuk tovább. )
Anyagi adatok
A jobb oldali másik ábra a keresztmetszetet mutatja a méretekkel ([m] -ben). Az x tengely sugárirányban mutat, az y tengely pedig a kerék tengelye mentén.
A borda területe különös figyelmet igényel, mert itt valójában nincs axiális szimmetria. Ha valaki úgy gondolja, hogy a féktárcsa különböző szöghelyzetben vág, akkor néha bordákat vágnak, és néha hézagokat (hézagokat) a bordák között. Ebben a példában "elkenődött" elosztást használunk. A bordaterület esetében az egyik bordát nem vesszük figyelembe egyénileg, de figyelembe vesszük az anyag ezen a területen lévő többi tulajdonságát.
Az ábrán az 1 anyagterület az acél anyagot jelenti, amely szilárd és folyamatosan zárva van a korong teljes kerületén.
A 2. anyagterület az ablaktáblák külső felületei közötti belső szellőzőbordák területét jelenti, a bordák területi aránya körülbelül 1/5 = 0,2. Ez a tényező csökkenti a hővezetőképességet tengelyirányban (KYY). A sugárirányban (KXX) és a kerületi irányban (KZZ) a hővezető képességet nullához közeli értékre állítjuk. Ez azt mutatja, hogy a bordák hosszúkák és karcsúak, és csak a két lemezt tengelyirányban kötik össze. A bordákra keresztirányban nem vezet hővezetés, vagyis nem sugárirányban kifelé az egyik bordától a másikig, és nem ennek megfelelően a kerületi irányban sem. A hőkapacitás beállításához a sűrűség (DENS) változatlan marad, és a fajlagos hőkapacitás (C) csökken.
Határfeltételek, terhelések
A környezeti levegő konvekciója a modell minden külső felületén látható. Különlegessége, hogy a belső szellőzésű felületek konvekcióval rendelkeznek a környezettel szemben is. Tehát, hogy úgy mondjam, a környezeti hatást fel kell térképezni a FEM-modellünkön belül. Miért "a modell belsejében"? Tudjuk, hogy a 2. anyagterület a bordákat jelenti, de a FEM modellnél ez a keresztmetszeti terület olyan felület, mint a szilárd anyag, csak kissé eltérő anyagértékekkel. Magasabb hőátadási értéket használunk a bordaterület belsejében a környezeti levegő konvektív hőelvezetésének alapjául. Ez a bordák közötti légáramlásból származik. A bordák radiális elrendezése ventilátorhatást eredményez, így az agyból a belső területen keresztül megnövekedett áramlás sugárirányban kifelé történik.
Egy másik különlegesség a modell éle, amelyre a fékbetétek hatnak. Itt - akárcsak a többi külső szélen - a konvekciós hőt a környezeti levegőnek kell leadnia. De ott, ahol a fékbetétek érintkeznek, a bekerült teljesítményt a kerület egy részére is fel kell térképezni egy hőáram sűrűségű felületi terheléssel.
A burkolatok az r = 110 [mm] és r = 160 [mm] sugár közötti korongterületre hatnak. A hőteljesítmény ezen a területen van megadva. A fékezési folyamat időintervallumában a felvett teljesítmény állandónak tekinthető. Az egyszerűség kedvéért a konvektív hőelvezetést a környezetre is feltételezzük, hogy az idő múlásával állandó. Nem veszik figyelembe, hogy a hőátadási értéket a csökkenő sebességgel ennek megfelelően csökkenteni kell.
Diszkrétálás
A diszkrétálás során lapos elemeket használtak. Az elemek felosztása a fenti 2. ábrán látható. Ez az elvi példa viszonylag durva. A számítási erőfeszítés ezért nagyon-nagyon alacsony, és másodpercek között várható.
megoldás
Az oldatot a hőmérsékleti mező tranziens szimulációjaként hajtják végre.
Ebben az esetben az értékelést kezdetben a 0 időintervallumban végezzük
A jobb oldali ábrán két hőmérsékleteloszlás látható.
A bal oldali részkép mutatja a hőmérséklet-eloszlást a fékezési folyamat végén - vagyis azt az időpontot, amikor a jármű éppen leállt. A maximális hőmérséklet Tmax = 570 ° C. A hőmérsékletet a súrlódási területen helyileg megemelik. Az ablaktábla belseje még mindig viszonylag hideg.
A jobb oldali részkép az eredményeket a számított álló helyzet végén mutatja t = 100 [s] mellett. Ebben az időintervallumban lényegében a féktárcsa lehűlése és az anyag hőmérséklet-különbségeinek kiegyenlítése történik. A maximális hőmérséklet 100 [s] után Tend = 184 ° C. A fékezés után közvetlenül eloszlással összehasonlítva láthatja, hogy a súrlódási területen a hőmérséklet nagyrészt kiegyenlített. Az agy felé továbbra is csökken a hőmérséklet.
értékelés
Ezekkel az elosztásokkal a féktervező fel tudja mérni, hogy a tárcsa a megengedett tartományon belül működik-e, vagy túlmelegedett-e.
- a bordaterület geometriája: az anyagadatokat itt módosítottuk,
- a konvekciós hőelvezetés a borda területén: itt a határfeltételeket a modellen belül alkalmaztuk,
- az ablaktáblák külső oldalán a konvekciós hőelvezetés és a hőellátás a béléssúrlódás révén: itt elhanyagolták a korong forgásának hatását ezen hatások időbeli sorrendjére.
Az intervallumok terhelési sorrendje adaptálható a vizsgálati útvonalakhoz, vagy nagyon specifikus vezetési ciklusok alapján.
Ehhez az elvi példához képest sok más részlet is figyelembe vehető a szimulációban, mint pl.
- Geometria és szerkezeti részletek,
- Az anyagadatok függése a hőmérséklettől (ezáltal a szimuláció nem lineáris,
- A terhelések (konvekció, súrlódás útján történő hőbevitel) függései a hőmérséklettől és az áram sebességétől.
Szerkezeti mechanika
A hőmérsékleti mező ezen szimulációján kívül kiszámítható a maximális hőterhelés (az "ablaktábla árnyékolása") is. Ezek a mechanikai deformációk, amelyek a tárcsa egyenetlen hőmérséklet-eloszlásából adódnak, fontosak a fékrendszer kialakításához. Meghatározhatók szerkezeti mechanikai számítással. Ez a mechanikus számítás elvégezhető a hőmérsékleti mező kiszámítása után (a számított helyi hőmérsékletek átkerülnek), vagy összekapcsolható a hőmérséklet mező kiszámításával.