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列車制動(dòng)盤是影響列車運(yùn)行安全性的核心部件，有限元分析仿真在設(shè)計(jì)階段是科學(xué)衡量列車制動(dòng)盤性能的重要方法。盡管目前有限元分析軟件提供了較為強(qiáng)大的分析計(jì)算功能，在列車制動(dòng)盤有限元分析的前處理、分析求解和后處理中，一般采用人機(jī)交互方式進(jìn)行有限元分析任務(wù)與分析參數(shù)的定義，這是一項(xiàng)繁瑣而復(fù)雜的工作，常常需要熟悉軟件的專業(yè)人員完成，且需耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力完成。本文在分析列車制動(dòng)盤有限元分析一般步驟的基礎(chǔ)上，利用有限元分析軟件ANSYS的二次開(kāi)發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)了列車制動(dòng)盤溫度場(chǎng)有限元自動(dòng)建模和分析仿真。
ANSYS軟件是一款融合了結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。它能與市面上的絕大多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的共享和交換交互，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中較為常用的CAE軟件之一。ANSYS軟件分析計(jì)算類型包括結(jié)構(gòu)靜力分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析和流體動(dòng)力學(xué)分析等。其有限元分析仿真的一般步驟如圖。
列車制動(dòng)盤ANSYS有限元分析仿真的步驟如圖。
（1）在列車制動(dòng)盤分析前處理操作中，定義Static分析類型、Solid45單元，溫度場(chǎng)分析仿真則定義Thermal分析類型、Solid70單元；材料參數(shù)定義密度DENS為7800 kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)K為38.2 W/（m·k）、熱容量C為520 J（/kg·°C）、空氣對(duì)流系數(shù)為30 w/m2·°C 等；
（2）導(dǎo)入列車制動(dòng)盤三維有限元模型；
（3）考慮列車制動(dòng)盤為循環(huán)對(duì)稱結(jié)果，為減少計(jì)算量，切制出1/10模型進(jìn)行分析仿真；
（4）用已定義單元類型，采用適當(dāng)精度劃分模型，得到8522個(gè)單元和2568個(gè)節(jié)點(diǎn)；
（5）分析加載前在ANSYS 中定義環(huán)境溫度20°C、模型邊界約束條件、溫度面載荷400°C或壓力面載荷40000 Pa等；
（6）施加載荷，對(duì)模型進(jìn)行有限元分析計(jì)算求解；
（7）經(jīng)后處理操作，顯示和處理求解后列車制動(dòng)盤溫差場(chǎng)或應(yīng)力場(chǎng)的云圖分析結(jié)果；
（8）列車制動(dòng)盤分析仿真結(jié)束。針對(duì)制動(dòng)盤有限元分析的特點(diǎn)，以上8個(gè)步驟可以在ANSYS軟件環(huán)境下，采用一系列的人機(jī)交互操作完成，也可利用ANSYS提供的二次開(kāi)發(fā)工具，利用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)專用軟件自動(dòng)完成制動(dòng)盤有限分析。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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