转子制动装置非线性热预应力模态分析（一）

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1 问题描述

下图为摩擦接触的循环对称结构转子制动器部件的一个扇区。随着制动载荷的增加，刹车片和转子之间的接触状态变化为“接近”、“滑移”、“粘合”。每一个接触状态都影响其自然频率和装配部件的模态形式。因此进行三个非线性预应力模态分析来验证这一现象。

整个分析包括稳态热分析、结构静力学分析、模态分析三个分析系统。稳态热分析用于计算温度分布，以便在后续分析中评估任何与温度有关的材料性能或热膨胀；非线性静力学分析计算刹车片加载到转子结构的载荷，包括大变形引起的非线性和接触状态的变化；建立了各阶段摩擦接触状态下的模态分析，比较不同的模型自振频率及振型。

2 创建分析系统

建立一个与稳态热分析相关联的静力学分析，然后建立三个与静力学分析相关联的模态分析。

3 定义循环对称模型

对四分之一扇形模型指定循环对称(N=4,90度)。使用Cyclic Region建立循环对称分析，该按钮需要选择扇形边界，在圆柱坐标系中Z轴为对称轴线，Y轴区分高低阶边界。

在Model中右击插入Symmetry，右击Symmetry插入Cyclic Region。沿着圆柱坐标的Y轴方向选择三个低阶边界面（蓝色）和三个高阶边界面（红色）。

4定义连接关系

转子和刹车片之间为摩擦接触，转子和壁面之间为绑定接触。

在导航树中展开Connections中的Contacts，可以看到程序自动检测生成2组接触对，分别为Contact Region 和 Contact Region 2右击Contacts；选择Renamed Based on Definition，接触对根据定义重新命名为Bonded - Pad to Rotor 和 Bonded - Blade to Wall。选中Bonded - Pad to Rotor，修改为摩擦接触类型，在明细窗口中设置Type 为 Frictional，Friction Coefficient=0.2，由于程序默认为绑定接触，所以另一个接触对不用修改。

5 生成网格

接下来用Named Selections来控制网格生成六面体单元。右击Model，选中Insert-Named Selections，在Selection对象设置Scoping Method 为 Worksheet。选中图形下方的工作标签Worksheet，在工作表中右击选中Add添加行，设置选项为：局部柱坐标中转角为90°，并且Z轴坐标值为1~6mm之间的边，设置完成后单击Generate按钮，可以看到明细窗口中Geometry=11 Edegs，图形区显示选中的11条边为红色。将Named Selections下面的选择对象Selection重命名为Edges for Wall Rotor Pad Sector Boundary。

插入网格尺寸控制。右击Mesh，选择Insert—Size，明细窗口从Scoping Method下拉菜单中选择Named Selection，选择前面定义好的Edges for Wall Rotor Pad Sector Boundary，设置Type= Element Size，Element Size=0.5mm，Behavior = Soft。

选择刹车片和转子内孔边生成命名选择。孔半径为5mm，右击Model，选择Insert—Named Selection，重命名对象为Edges for Rotor Pad Orifice，明细窗口中设置Scoping Method= Worksheet，设置选项如下图，单击Generate按钮，得到4条边。

插入网格尺寸控制。右击Mesh，选择Insert—Size，明细窗口从Scoping Method下拉菜单中选择Named Selection，选择前面定义好的Edges for Rotor Pad Orifice，设置Type= Number of Divisions =9，Behavior = Hard。

选择壁面和叶片厚度设置命名选择。右击Model，选择Insert—Named Selection，重命名对象为Edges for Wall Blade Thicknesses，明细窗口中设置Scoping Method= Worksheet，设置选项如下图，单击Generate按钮，得到16条边。

插入网格尺寸控制。右击Mesh，选择Insert—Size，明细窗口从Scoping Method下拉菜单中选择Named Selection，选择前面定义好的Edges for Wall Blade Thicknesses，设置Type= Element Size，Element Size=1mm，Behavior = Soft。

选择转子叶片长边设置命名选择。右击Model，选择Insert—Named Selection，重命名对象为Edges for Blade，明细窗口中设置Scoping Method= Worksheet，设置选项如下图，单击Generate按钮，得到2条边。

插入网格尺寸控制。右击Mesh，选择Insert—Size，明细窗口从Scoping Method下拉菜单中选择Named Selection，选择前面定义好的Edges for Blade，设置Type= Number of Divisions =14，Behavior = Hard。

选择转子叶片短边设置命名选择。右击Model，选择Insert—Named Selection，重命名对象为Edges for Blade 2，明细窗口中设置Scoping Method= Worksheet，设置选项如下图，单击Generate按钮，得到2条边。

插入网格尺寸控制。右击Mesh，选择Insert—Size，明细窗口从Scoping Method下拉菜单中选择Named Selection，选择前面定义好的Edges for Blade 2，设置Type= Number of Divisions =1，Behavior = Hard。

整体网格控制为插入六面体单元的扫略方法。右击Mesh，选择Insert—Method，图形区中右击选择Select All全部实体，在Sweep Method的明细窗口中Geometry选项中单击Apply，设置Method为Sweep，Free Face Mesh Type 为 All Quad。