防风制动器铁楔的ANSYS有限元分析

基于ANSYS的有限元分析有限元大作业基于ansys的有限元分析班级：学号：姓名：指导老师：完成日期：ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。

是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。

ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。

目前，中国100多所理工院校采用ANSYS 软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。

2D Bracket问题描述:We will model the bracket as a solid 8 node plane stress element.1.Geometry: The thickness of the bracket is 3.125 mm2.Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa.3.Boundary conditions: The bracket is fixed at its left edge.4.Loading: The bracket is loaded uniformly along its top surface. Theload is 2625 N/m.5.Objective: a.Plot deformed shapeb.Determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these)c.Remodel the bracket without the fillet at the corner or change the fillet radius to 0.012 and 0.006m, and see howd.principal stress and von Mises stress change.一，建立模型1设置工作平面在ansys主菜单里找到workplane>wp settings,输入如下参数。

基于ANSYS的汽车发动机连杆的有限元分析有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种应用数值计算方法的工程分析技术，可以用于解决各种工程问题。

在汽车发动机设计中，使用有限元分析可以帮助工程师了解和优化发动机组件的力学性能。

本文将基于ANSYS软件，介绍如何进行汽车发动机连杆的有限元分析。

一、建模和几何参数定义：在进行有限元分析之前，首先需要将连杆的几何形状转化为虚拟模型。

一般来说，使用CAD软件绘制连杆的草图，并根据设计要求对连杆进行几何尺寸和参数的定义。

对于汽车发动机连杆而言，常见的几何参数包括连杆长度、大端和小端直径、连杆的截面形状等。

在绘制草图时，应注意考虑到实际的工程要求和设计限制。

二、材料定义和材料力学参数：在有限元分析中，连杆的材料定义至关重要。

一般来说，连杆材料应具有优异的强度和刚度，以应对高速旋转和高温的工作环境。

一般常用的连杆材料包括铸铁、铝合金、钛合金等。

在模型中定义连杆的材料属性，常用的材料力学参数有弹性模量、泊松比、屈服强度和断裂韧性等。

这些参数将作为材料的基本力学性能指标，用于后续的有限元分析计算。

三、网格划分和单元选择：在进行有限元分析之前，需要将连杆的几何模型划分成一系列小的有限元网格。

这一步骤称之为网格划分。

在网格划分时，需要根据设计要求和实际需求选择适当的网格类型。

对于连杆而言，常用的网格类型有四面体网格、六面体网格和四边形网格等。

划分后的网格中的每个单元都将代表连杆的一个局部区域，通过对每个单元进行力学计算，可以得到连杆在整个工作过程中的承载能力和应力分布情况。

四、加载和边界条件定义：在有限元分析中，需要对模型施加适当的加载和边界条件来模拟实际工作情况。

对于汽车发动机连杆而言，常见的加载和边界条件有定常和动态载荷、热载荷和流体载荷等。

例如，在连杆的大端和小端分别施加适当的载荷，以模拟发动机工作时的受力情况。

同时，还需要定义边界条件，如固定轴承的位置，以模拟实际组装情况。

第2章ANSYS有限元分析基本步骤ANSYS有限元分析是一种常用的工程分析方法，可以用于解决各种结构力学问题。

本文将对ANSYS有限元分析的基本步骤进行详细介绍。

1.确定分析目标：在进行有限元分析之前，首先需要明确分析的目标和要求。

包括确定所要分析的结构或零件的几何形状、材料特性、受力情况等。

2.建立有限元模型：建立有限元模型是有限元分析的关键步骤之一、在ANSYS软件中，可以通过几何建模功能来定义结构的几何形状和尺寸。

然后，根据要分析的问题类型，选择适当的单元类型，并使用网格划分功能将结构分割成适当大小的单元。

3.定义材料特性：在进行有限元分析之前，需要定义结构的材料特性。

包括弹性模量、泊松比、密度等。

可以根据实际情况输入已知的材料特性值，也可以通过实验或理论计算来获得。

4.定义边界条件：边界条件是有限元分析中的重要概念，它用于描述结构在系统中的限制条件。

在ANSYS中，可以通过节点约束和节点载荷来定义边界条件。

常见的边界条件包括固定边界条件、力载荷和位移约束。

5.生成网格：当有限元模型、材料特性和边界条件都定义好之后，可以使用ANSYS软件中的划分工具生成有限元网格。

生成网格的目的是将结构分割成适当大小和形状的单元，以便进行数值计算。

6.设置分析类型：在进行有限元分析之前，需要选择适当的分析类型。

根据具体问题的要求，可以选择其中的静态分析、动态分析、热分析等多种分析类型。

7.执行分析计算：当有限元模型、材料特性、边界条件和网格都设置好之后，可以执行分析计算。

ANSYS软件会根据设置的分析类型和边界条件进行数值计算，并给出相应的结果。

8.结果分析与后处理：分析计算完成后，可以进行结果的分析和后处理。

ANSYS软件提供了丰富的后处理功能，可以对应力、位移、变形、应变等结果进行可视化和分析。

9.结果验证和优化设计：完成有限元分析后，需要对结果进行验证和评估。

与实际情况进行对比，确定结果的可靠性和准确性。

基于ANSYS的盘式制动器的有限元分析（应力）采用其他三维模型进行盘式制动器的三维模型建立，如下图，通过ANSYS如三维模型的几何接口将模型导入至ANSYS中。

制动盘和摩擦片的材料参数论文中，如下图所示采用solid185单元类型，并采用六面体网格划分，有限元网格模型如下所示，其中网格总数为49261，节点总数为44499。

制动盘和摩擦片之间采用摩擦接触，摩擦系数为0.38根据力矩平衡方程求解制动器的制动力矩约为826N·m，继而求出单片摩擦片上均布压力约为4.9MPa，切向摩擦力约为5520N将均布压力施加在2片摩擦片上，并在垂直于制动盘的摩擦片表面施加法向载荷，用来表示切向摩擦力对制动盘的作用，加载情况如下图所示。

在上述工况载荷下，制动器的位移云图，和应力云图如下图所示。

其中最大等效应力为46.74MPa，发生在制动盘上。

制动盘和摩擦片单独的应力云图如下，综上可知，在压应力和摩擦应力共同作用下，等下应力最大位置出现在制动盘受压区域，在远离该区域作用区域，结构应力很小，几乎没有。

同时还可以从制动盘单独的应力云图上可以看出，应力场在制动盘转动的方向出现一条明显的应力尾迹，在10MPa左右。

盘式制动器的有限元分析（温度）采用瞬态热分析进行制动器的温度分析，摩擦热通过热流密度进行加载，计算公式如下所示。

单元类型采用solid70，因为将摩擦热等效为热流密度输入，所以只需要建立制动器模型即可。

采用六面体进行网格划分，网格总数为47511，节点总数为39759。

为制动半径为转速为压力为摩擦系数其中：r w p time t v v p pv r p q *w 00μμμμ⎪⎭⎫ ⎝⎛-===制动盘初始温度设置为20°，热流密度通过函数加载，在摩擦片与制动盘接触区域进行加载，制动盘与空气之间的换热通过对流换热系数来表示。

同时设置环境温度为20°紧急制动工况下制动初速度为100 km／h，制动时间3 s，制动0.48s和3s时的温度云图如下所示从上述云图可以看出，整个制动过程中，制动盘外径的温度最高，随着时间推移，最大温度向中心移动，高温区域增大，呈现最大温度环带。

ANSYS有限元分析理论及其发展1.　有限元分析的基本理论　有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。

有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。

有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。

经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。

有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。

20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法＋分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。

有限元法将函数定义在简单几何形状的单元域上，且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。

  2.有限元求解问题的基本步骤　第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

 第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。

基于ANSYS的钳体制动器有限元分析1.概述制动器的性能是汽车的重要性能之一，塔直接关系到行驶安全，对于制动钳体制动器而言，主要集中于研究强度和结构的变形问题，可以利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元分析，重而获取结构在制动工况下的强度和变形问题，为结构设计提供指导依据。

钳体制动器主要包括制动钳体、支架、活塞和内外制动块等结构，本文主要研究钳体接头在制动工况下的强度和刚度问题。

2.有限元模型的建立2.1几何模型导入首先将制动器装配体导入ANSYS中进行几何的前处理，因为本文主要研究对象为制动钳，所以对结构进行了一定的简化，或略了制动块等一些其他部件，只保留了制动钳体和活塞。

同时为了保证网格的质量，对结构中不需要的倒角和一些螺栓孔进行了简化，简化的原则是所去除的几何特征不影响结构的整理应力分布，最终的几何模型如下图所示。

图1 几何模型2.2材料属性钳体材料为球墨铸铁QT400-18，参考标准GB 1348-88，可知球墨铸铁QT400-18的抗拉强度为400MPa，条件屈服强度为250MPa，球墨铸铁QT400-18为铁素体型球墨铸铁，具有良好的焊接性和切削性，常温时冲击韧性高。

而且塑性较高。

脆性转变温度低，同时低温韧性也较好。

用作能承受高冲击振动及扭转等动、静载荷的零件，要求较高的韧性和塑性，特别在低温工作要求一定冲击值的零件。

材料的弹性模量取2.1e11Pa，泊松比为0.3。

单元类型在分析中采用solid186单元类型，如图2所示，solid186是一个高阶3维20节点固体结构单元，SOLID186具有二次位移模式可以更好的模拟不规则的网（例如通过不同的CAD/CAM系统建立的模型）。

单元通过20个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.SOLID186可以具有任意的空间各向异性，单元支持塑性，超弹性,蠕变,，应力钢化，大变形和大应变能力.还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。

基于ANSYS14.0的汽车制动器尖叫有限元分析王素粉【摘要】刹车噪音是衡量汽车舒适性的一个关键指标,制动器是汽车刹车系统的重要零部件,本文利用AN-SYS14.0对汽车盘式制动器尖叫进行模态分析,制定出制动器尖叫的分析方案,找出制动器的不稳定模态阵型及尖叫模态阵型,其分析结果对汽车噪声源控制及汽车制动器进一步的设计提供了理论依据.【期刊名称】《传动技术》【年(卷),期】2016(030)004【总页数】4页(P15-17,37)【关键词】有限元;制动器;模态分析;尖叫;振型【作者】王素粉【作者单位】三门峡职业技术学院机电工程学院,河南三门峡472000【正文语种】中文【中图分类】U463.51随着工业的不断发展，家用汽车也随之增多，但同时对其舒适性的要求也越来越高，其中制动噪音是衡量其舒适性的一个关键指标，制动器是汽车制动系统的重要零部件，也是汽车的噪声源，随着制动盘尺寸越来越大，由于持续摩擦产生的震荡导致制动器出现噪声，在汽车制造和设计中越来越受到重视。

消除或减小制动时的制动噪声，对于提高乘客舒适性非常重要，因此在汽车设计中，制动器的设计成为一个重要的环节。

而制动器制动噪声现象主要由粘性滑动理论和模态耦合理论两种描述方式，其中，粘性滑动理论认为变化的摩擦力将能量引入到了一个不能完全将该能量消耗掉的系统而导致的制动器尖叫，而模态耦合理论认为制动器中两个相似特征的模态彼此耦合时，会将不稳定模态引入到制动系统中，这个不稳定的模态将会是引发制动器尖叫的主要原因，这两种方式的共同点是都确定制动器发生尖叫的原因是制动器中的盘-板之间发生了变化，但模态耦合理论更能体现制动器的动态分析效果。

本文对汽车盘式制动器尖叫进行模态分析，制定出制动器尖叫的分析方案，找出制动器的不稳定模态阵型及尖叫模态阵型，对汽车噪声源控制及汽车制动器进一步的设计提供了理论依据。

本文所分析的对象是盘式制动器，在有限元分析软件ANSYS14.0中直接建立其几何模型，所建立的几何模型尺寸为：转盘厚度为15 mm，制动盘的厚度是15 mm，转盘内径为125 mm，外径为175 mm。

基于ANSYS workbench鼓式制动器制动鼓的有限元分析李乃斌;李耀平【摘要】通过以东风德纳TD485后单驱动桥鼓式制动器为研究对象,对鼓式制动器接触的受力分析,忽略制动器零部件上加工的一些细节,建立其主要的受力部件(制动鼓、制动蹄、摩擦片)的力学模型.基于三维有限元软件UG建立鼓式制动器三维的有限元模型,利用大型有限元分析软件ANSYS workbench建立该制动器摩擦接触的关系,并对制动鼓进行摩擦接触的非线性分析,研究制动器在小角位移下制动鼓的应力分布和变形,为制动器的改进设计提供可靠依据.%The thesis takes Dongfeng Dana TD 485 after single screw drum brakes as the research object to carry out stress analysis of drum brakes.The mechanical models of the main stress components (brake drum,brake shoe and friction plate) are established ignoring some details of brake parts processing.The 2D finite element model of rear drum brake is established based on the 3D finite element software UG,and the finite element analysis software ANSYS workbench is used to establish the friction contact relationship of this brake,and for nonlinear analysis of frictional contact of the brake drum.The stress distribution and deformation of the brake drum under small angular displacement are studied.It provides a reliable basis for the improved design of the brake.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2017(036)008【总页数】3页(P91-93)【关键词】鼓式制动器;ANSYS workbench;制动鼓;有限元分析;摩擦接触【作者】李乃斌;李耀平【作者单位】昆明理工大学交通工程学院,昆明650224;昆明理工大学交通工程学院,昆明650224【正文语种】中文【中图分类】U463.51目前，大多数重型载货汽车采用的制动系统为鼓式制动器，其中制动鼓是制动系统中的重要部件之一[1]。

基于ANSYS汽车盘式制动器的有限元分析
孟祥宝;任靖日
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2014(000)007
【摘要】汽车的制动过程从能量守恒观点来看,是通过摩擦将汽车的机械能转变为制动器的热能,并有一部分热能向大气中耗散的过程.基于ANSYS建立了某汽车盘式制动器三维实体模型,分析了紧急制动工况下盘式制动器的温度场和热应力的分布.
【总页数】3页(P201-203)
【作者】孟祥宝;任靖日
【作者单位】延边大学机械工程学科,吉林延吉133002;延边大学机械工程学科,吉林延吉133002
【正文语种】中文
【中图分类】U461.51
【相关文献】
1.基于ANSYS汽车盘式制动器温度场和热应力数值模拟 [J], 刘莹;胡育勇;任奇锋;曹霜霜;宋涛
2.基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器\r性能分析 [J], 桑振竹;丁振森;杨行;李浩燃;许豪
3.基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化研究 [J], 华逢志;王东方;缪小冬;洪涛
4.基于ANSYS的汽车盘式制动器总成分析 [J], 郑荣;黄伟中;徐飞军;邱晓久;刘禄芳
5.一种基于ANSYS Workbench的环形灌装缸有限元分析 [J], 黄文金;孙敬慧;周波
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基于ANSYS Workbench的制动器模态特性仿真与优化
朱淼;侯莹莹
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2022(51)9
【摘要】为降低车辆制动器发生中低频噪声的概率和频率,基于有限元方法建立制动器的参数化模型,采用ANSYS Workbench对制动器的约束模态和预应力模态进行了数值仿真与分析。

分别采用六面体和四面体类型网格对刹车片和制动盘进行网格划分。

约束模态分析将边界条件设置为螺纹孔固定约束。

预应力模态分析首先进行静态结构仿真,然后调取应力场分析结果至模态分析模块,得出不同工况下的模态
振型。

在保持第一阶固有频率不降低的前提下,对制动器进行了轻量化设计和优化。

研究表明,在固定约束和预应力模态分析条件下,制动盘的质量可减小16%左右,且
各阶固有频率均有不同程度的提高。

该研究方法能够有效缩短研发周期和成本,为
车辆工程的可靠性优化提供良好的思路和方向。

【总页数】4页(P181-184)
【作者】朱淼;侯莹莹
【作者单位】枣庄科技职业学院
【正文语种】中文
【中图分类】U463
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench对4MZ-3C型采棉机侧壁焊合刚度强度及模态特性的试制前有限元分析
2.基于ADAMS和ANSYS Workbench的多盘制动器弹子加压装置协同仿真研究
3.基于ANSYS Workbench的高速电主轴模态分析及其动特性实验
4.基于ANSYS Workbench的新型盘式制动器的强度分析和模态分析
5.基于ANSYS Workbench的制动器支座拓扑优化
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各类有限元分析软件比较有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方式对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

还利用简单而又彼此作用的元素，即单元，就可以够用有限数量的未知量去逼近无穷未知量的真实系统。

有限元分析具有确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或本钱; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各类实验方案，减少实验时间和经费等作用，愈来愈被应用，愈来愈的有限元分析也不断被开发出来，当咱们在做有限元分析时，咱们该选择什么样的软件？或咱们该学习什么软件？成了大多数人困惑的问题。

看板网按照自己超过十年的有限元分析项目经验和培训经验，对各类有限元分析软件进行了一些比较，希望大家在选择时能够大家做参考。

有限元分析常常利用软件国外软件大型通用有限元商业软件：如ANSYS可以分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等；电机有限元分析软件NASTRAN等。

还有三维结构设计方面的UG,CATIA,Proe等都是比较壮大的。

国内软件国产有限元软件：FEPG,SciFEA,JiFEX,KMAS等。

固然首先要明确你要用这个软件进行什么分析，一般会用到有限元分析的地方有：1.模流分析；2.结构强度分析；3.电磁场分析；4.谐响应分析（比如查找共振频率）；5. 铸造分析。

等等ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。

ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。

MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。

ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能壮大但进入中国时间比较晚市场尚未完全铺开。

workbench是一个综合性的有限元分析软件，几乎囊括了所有有限元分析领域，传统的优势领域有强度分析、谐响应分析和电磁分析。

workbench是ansys推出的新平台，加倍人性化，可以像其他windows软件一样通过点击命令进行操作，只需要对材料特性有必然的了解，再通过学习软件命令就可以够进行一般的有限元分析了！Molflow是一款模流分析软件，用于在模具的设计进程中对流体在模具中的流动进行模拟、分析，发现问题以便在生产前进行改良，可以减少生产中出现问题的概率，对减少制样本钱有很大的实际意义。