Пример за диск сопирачки 1 - ESOCAETWIKIPLUS

Од ESOCAETWIKIPLUS

Овој пример ја покажува симулацијата на диск сопирачка.

Конструкцијата се состои од внатрешно проветрено прозорец од автомобил изработен од метал.

Целта на симулацијата е да се пресмета минливата, временски зависна дистрибуција на температурата во дискот на сопирачката за време на сопирањето.

Симулацијата треба да се изврши со што помалку компјутерски напор (компјутерско време, мемориски барања) со цел да се олесни грубата пресметка и испитувањето на варијантите.

Содржина

градба

Диск сопирачката за автомобил има надворешен дијаметар од 340 mm.

Дискот е внатрешно проветрен, што значи дека влошките притискаат на два дискови од двете страни, кои се поткрепуваат едни на други со ребра. Областа на реброто дава голема површина на амбиентниот воздух, така што има добро ладење и топлината од материјалната површина може добро да тече во амбиентниот воздух.

Вредностите на материјалот за челик на дискот на сопирачката се тука:

Топлинска спроводливост λ = KXX = 40 [W/(m K)]
специфичен капацитет на топлина cp = C = 500 [J/(kg K)]
Густина ρ = ДЕНС = 7800 [кг/м 3]

При сопирање, возилото со маса од 2000 [кг] треба да се сопира од брзина од 250 [км/ч] до застој со постојано забавување во 10 [с]. Со исто оптоварување на сите четири дискови на тркалата на возилото, ова резултира со работа од W = 1,204e6 [Ws] на диск или излез од 120,4 [kW] за време на траењето на процесот на сопирање.

идеализација

модел

Аксисиметријата се користи за да се добие симулационен модел што резултира со најмал можен напор за решение. На илустрацијата десно, овој модел е нацртан во скицата на дискот за сопирање. Линијата со цртичка-точка е оска на ротација на дискот на сопирачката. Пресекот нацртан во боја во контурите на дискот на сопирачката е пресек што произлегува од замислено сечење во аголна положба на обемот. Бојата на цврстиот метал (тиркизна) и областа на ребрата (виолетова) на дискот се разликуваат.

Симетријата на оската претпоставува дека геометријата е иста за сите радијални пресеци низ моделот, т.е. е независна од аголната позиција околу оската. Ова го покажува моделот како радијален пресек во рамнината што е распространет од радијалниот (одвнатре кон надвор) и аксијалниот (долж оската) насока. Околната насока е во основа нормална на рамнината на моделот (нормално на неа). Со ова асиметрично моделирање, оптоварувањата исто така мора да бидат независни од аголната позиција околу оската, т.е. мора да бидат исти околу обемот. (Во секој случај, ова е „нормален случај“. Во посебни случаи, аксисиметричното моделирање може да се користи и за оптоварувања што се нееднакви во обемот. Елементите погодни за ова се оние со „пристапи за хармонично оптоварување“. Оваа посебност не се дискутира понатаму овде. )

Материјални податоци

Другата слика десно го покажува пресекот со димензии (во [m]). X-оската е насочена во радијална насока, y-оската долж оската на тркалото.

Областа на реброто бара посебно внимание бидејќи овде всушност нема аксијална симетрија. Ако некој замисли исеченици во различни аголни позиции преку дискот на сопирачката, тогаш понекогаш се сечат ребра, а понекогаш и празнини (празнини) помеѓу ребрата. Во овој пример, се користи "размачкана" дистрибуција како основа. За областа на реброто, едното ребро не се смета поединечно, но се земаат предвид другите својства на материјалот во оваа област.

На сликата, површината на материјалот 1 претставува челичен материјал, кој е цврст и континуирано затворен околу целиот обем на дискот.

Областа на материјалот 2 претставува површина на внатрешните вентилациони ребра помеѓу надворешните површини на стаклата. Пропорцијата на површината на ребрата е приближно 1/5 = 0,2. Овој фактор ја намалува топлинската спроводливост во аксијална (KYY) насока. Топлинската спроводливост во радијална насока (KXX) и во периферна насока (KZZ) е поставена на вредност близу до нула. Ова покажува дека ребрата се издолжени и тенки и ги поврзуваат само двата диска во аксијална насока. Ниту една топлинска спроводливост не се одвива попречно до ребрата, што е да се каже дека не е радијално нанадвор од едното на другото ребро и исто така не соодветно во насочената насока. За прилагодување на топлинскиот капацитет, густината (DENS) останува непроменета и специфичниот топлински капацитет (C) се намалува.

Гранични услови, оптоварувања

Конвекцијата кон амбиентниот воздух е прикажана на сите надворешни површини на моделот. Посебна карактеристика тука е што површините што се внатрешно проветрени имаат и конвекција со околината. Значи, така да се каже, влијанието врз животната средина мора да биде мапирано во нашиот модел на ФЕМ. Зошто „внатре во моделот“? Знаеме дека областа на материјалот 2 ги претставува ребрата, но за моделот FEM оваа површина на пресек е површина како цврстиот материјал, само со малку поинакви вредности на материјалот. Поголема вредност на пренос на топлина се користи како основа за конвективна дисипација на топлина во амбиентниот воздух во внатрешноста на областа на ребрата. Ова произлегува од протокот на воздух што се јавува помеѓу ребрата. Радијалното распоредување на ребрата создава ефект на вентилатор, така што зголемен проток низ внатрешната област од јазолот се случува радијално нанадвор.

Друга посебна карактеристика е работ на моделот на кој дејствуваат перничињата на сопирачките. Тука - како и на другите надворешни рабови - конвективната топлина се дава на амбиентниот воздух. Но, каде што влошките на сопирачките се во контакт, влезот на напојувањето исто така треба да се мапира за дел од обемот со површинско оптоварување со густина на топлински флукс.

Обвивките дејствуваат на областа на дискот помеѓу радиусите r = 110 [mm] и r = 160 [mm]. Топлинската енергија се внесува во оваа област. Во временскиот интервал на процесот на сопирање, се претпоставува дека влезната моќност е постојана. Заради едноставност, се претпоставува дека конвективното ослободување на топлина во околината е константно со текот на времето. Занемарено е дека вредноста на пренос на топлина треба соодветно да се намали со намалување на брзината.

Дискретизација

Во дискретизацијата беа користени рамни елементи. Поделбата на елементите може да се види на 2-та слика погоре. Релативно е грубо за овој принципиелен пример. Според тоа, пресметковниот напор е многу, многу мал и може да се очекува во опсег од секунди.

решение

Решението се изведува како минлива симулација на температурното поле.

Во овој случај, проценката првично се спроведува во временскиот интервал 0

На сликата десно, прикажани се две температурни дистрибуции.

Левата парцијална слика ја покажува дистрибуцијата на температурата на крајот од процесот на сопирање - т.е. времето во кое возилото штотуку застана. Максималната температура е Tmax = 570 ° C. Температурите се зголемуваат локално во областа на триење. Внатрешноста на окното е сè уште ладно.

Десниот дел ги покажува резултатите на крајот од пресметаниот застој на t = 100 [s]. Во овој временски интервал во суштина постои ладење на дискот на сопирачката и изедначување на температурните разлики во материјалот. Максималната температура по 100 [s] е Тенд = 184 ° С. Во споредба со дистрибуцијата веднаш по сопирањето, можете да видите дека температурите во областа на триење во голема мера се изедначиле. Сè уште има пад на температурата кон центарот.

рејтинг

Со овие дистрибуции, дизајнерот на сопирачката може да процени дали дискот работи во дозволениот опсег или дали се прегрее.

геометријата во областа на реброто: податоците за материјалот се модифицирани овде,
конвективната дисипација на топлина во областа на ребрата: тука беа применети граничните услови во рамките на моделот,
од надворешната страна на стакла, конвективната дисипација на топлина и снабдувањето со топлина преку триењето на облогата: тука беше занемарено влијанието на ротацијата на дискот врз временската низа на овие влијанија.

Редоследот на оптоварување на интервалите може да се прилагоди на тест-правците или да се заснова на многу специфични циклуси на возење.

Во споредба со овој принципиелен пример, многу други детали може да се земат предвид при симулацијата, како на пр.

Геометрија и детали за конструкцијата,
Зависности на материјалните податоци од температурата (ова ја прави симулацијата не-линеарна,
Зависности на оптоварувања (конвекција, внесување на топлина преку триење) од температурата и брзината на струјата.

Структурална механика

Во прилог на оваа симулација на температурното поле, може да се изврши пресметка на максималното зафаќање на термичкиот стакло ("заштитен панел"). Овие механички деформации како резултат на нееднаквата дистрибуција на температурата во дискот се важни за дизајнот на системот за сопирање. Тие можат да се одредат со структурна механичка пресметка. Оваа механичка пресметка може да се изврши по пресметката на температурното поле (пресметаните локални температури се префрлени) или заедно со пресметката на температурното поле.