风力机盘式制动器的热-结构理论模型分析
发布时间：2021-03-09 00:04
充分考虑了风力机制动盘不同表面有不同的边界条件,将制动盘和摩擦衬片各分为了3部分,分别分析和讨论了其边界条件。在此基础上建立了风力机盘式制动器的热—结构耦合模型,使用直接耦合的方法,利用有限元软件ansys模拟了制动盘的温度场、摩擦衬片的应力场。模拟结果显示:摩擦衬片上温度分布是不均匀的,制动盘上的应力分布也是不均匀的,制动盘应力分布最高的区域集中在摩擦接触表面;温度越高的区域应力也就越高,应力场和温度场的分布基本是一致的。
【文章来源】：太原科技大学学报. 2018,39(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
风力机摩擦衬片的等效应力分布.131E+08.522E+08.130E+09.209E+09.287E+09.365E+09.913E+08.170E+09.248E+09.326E+09!b"10 s#$%&’()*+
部分区域不受散热以及热辐射影响，因而温度会一直升高。而摩擦衬片四周表面也吸收储存了差不多相同多的热量，产生的温度梯度是很小的，所以摩擦衬片中心的热量扩散的很慢。而摩擦衬片四周因为与周围空气的强制热对流和热辐射，相对来说扩散的热量相对较多。3．2风力机制动盘的温度场和应力场模拟结果5.35687thermalstructural289.236147.296431.175715.054998.9331282.81573.114856.9931140.87NODALSOLOTTCNTIME=2TEMP(AVG)RSYS=0SMN=5.35687SMX=1282.81MAR13201721:28:20PLOTNO.1图3风力机制动盘的温度分布Fig．3Equivalentstressdistributionofwindturbinefrictionlining从图3可以看出制动盘表面温度的分布是不均匀的，制动盘外侧的温度最高，内侧的温度最低。摩擦衬片与制动盘的摩擦区域主要集中在制动盘的外侧，所以温度最先升高的区域也在制动盘的外侧，同样的制动盘外侧也是温度升高的最快的区域。制动盘内侧因为没有摩擦产生的热量，温度的升高主要依靠制动盘外侧与内侧的温度产生的温度梯度造成的热传导，所以制动盘内侧的温度升高的也不快。随着时间的增加，摩擦产生的热量急剧增大，风力机盘式制动器的短时间内无法完全使这些热能消散，所以制动盘的温度也随着制动时间的增加而增加。制动盘的温度的较高点主要分布在制动盘与摩擦衬片的接触摩擦处，这是因为在这些区域温度的升高主要是因为制动盘和摩擦衬片间的摩擦生热，而非接触摩擦区域的温度主要是因为接触摩擦处比非接触摩擦处的温度高，产生了温度梯度，接触摩擦处的温度通过温度的传递到非接触摩擦处，所以非接触区域的温度远远低于接触摩擦处的温度。从整个制动盘来看，温度的分布是不均匀?
469.128424.913380.694336.475292.256248.037203.818159.599115.3871.16126.94201.22.43.64.86(X10**-2).61.834.25.4DIST图4风力机制动盘表面温度沿径向的变化曲线Fig．4Theradialsurfacetemperatureofwindbrakingplate的分布沿着径向方向先升高再下降。这是因为制动盘温度较高的区域为摩擦制动的区域，而温度较低的区域为非摩擦区域，也就是从制动盘摩擦区域到摩擦区域再到非摩擦区域。在距离为1．4左右制动盘的温度开始有明显的趋势，上升的趋势一直持续到3．7左右，之后开始下降。而到5．4左右的地方，制动盘的温度下降到了80℃左右。而制动盘最外面的表面的温度为71．942℃．4结论(1)风力机制动盘不同表面有不同的边界条件。摩擦衬片的应力随着制动时间的增加而增加。(2)风力机制动过程由温度场和应力场共同作用的，不是独立存在的，两者存在耦合关系。(3)风力机制动盘在接触摩擦区域的温度和应力最大。同时制动盘和摩擦衬片的温度和应力分布都不均匀。参考文献:［1］BARBERJR．ThermoelasticInstabilitiesintheSlidingofComformingSolids［J］．ProceedingsoftheRoyalSocietyA，1970，15(4):381-394．［2］VOLDRICHJ．Frictionallyexcitedthermoelasticinstabilityindiscbrakes—Transientprobleminthefullcontactregime［J］．InternationalJournalofMechanicalSciences，2007，49(2):129-137．［3］DUZGUNM．Investigationofthermo-structuralbehaviorsofdifferentventilationapplicationsonbrakediscs［J］．JournalofMe-chanicalScienceandTechnolo
本文编号：3071892
【文章来源】：太原科技大学学报. 2018,39(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
风力机摩擦衬片的等效应力分布.131E+08.522E+08.130E+09.209E+09.287E+09.365E+09.913E+08.170E+09.248E+09.326E+09!b"10 s#$%&’()*+
部分区域不受散热以及热辐射影响，因而温度会一直升高。而摩擦衬片四周表面也吸收储存了差不多相同多的热量，产生的温度梯度是很小的，所以摩擦衬片中心的热量扩散的很慢。而摩擦衬片四周因为与周围空气的强制热对流和热辐射，相对来说扩散的热量相对较多。3．2风力机制动盘的温度场和应力场模拟结果5.35687thermalstructural289.236147.296431.175715.054998.9331282.81573.114856.9931140.87NODALSOLOTTCNTIME=2TEMP(AVG)RSYS=0SMN=5.35687SMX=1282.81MAR13201721:28:20PLOTNO.1图3风力机制动盘的温度分布Fig．3Equivalentstressdistributionofwindturbinefrictionlining从图3可以看出制动盘表面温度的分布是不均匀的，制动盘外侧的温度最高，内侧的温度最低。摩擦衬片与制动盘的摩擦区域主要集中在制动盘的外侧，所以温度最先升高的区域也在制动盘的外侧，同样的制动盘外侧也是温度升高的最快的区域。制动盘内侧因为没有摩擦产生的热量，温度的升高主要依靠制动盘外侧与内侧的温度产生的温度梯度造成的热传导，所以制动盘内侧的温度升高的也不快。随着时间的增加，摩擦产生的热量急剧增大，风力机盘式制动器的短时间内无法完全使这些热能消散，所以制动盘的温度也随着制动时间的增加而增加。制动盘的温度的较高点主要分布在制动盘与摩擦衬片的接触摩擦处，这是因为在这些区域温度的升高主要是因为制动盘和摩擦衬片间的摩擦生热，而非接触摩擦区域的温度主要是因为接触摩擦处比非接触摩擦处的温度高，产生了温度梯度，接触摩擦处的温度通过温度的传递到非接触摩擦处，所以非接触区域的温度远远低于接触摩擦处的温度。从整个制动盘来看，温度的分布是不均匀?
469.128424.913380.694336.475292.256248.037203.818159.599115.3871.16126.94201.22.43.64.86(X10**-2).61.834.25.4DIST图4风力机制动盘表面温度沿径向的变化曲线Fig．4Theradialsurfacetemperatureofwindbrakingplate的分布沿着径向方向先升高再下降。这是因为制动盘温度较高的区域为摩擦制动的区域，而温度较低的区域为非摩擦区域，也就是从制动盘摩擦区域到摩擦区域再到非摩擦区域。在距离为1．4左右制动盘的温度开始有明显的趋势，上升的趋势一直持续到3．7左右，之后开始下降。而到5．4左右的地方，制动盘的温度下降到了80℃左右。而制动盘最外面的表面的温度为71．942℃．4结论(1)风力机制动盘不同表面有不同的边界条件。摩擦衬片的应力随着制动时间的增加而增加。(2)风力机制动过程由温度场和应力场共同作用的，不是独立存在的，两者存在耦合关系。(3)风力机制动盘在接触摩擦区域的温度和应力最大。同时制动盘和摩擦衬片的温度和应力分布都不均匀。参考文献:［1］BARBERJR．ThermoelasticInstabilitiesintheSlidingofComformingSolids［J］．ProceedingsoftheRoyalSocietyA，1970，15(4):381-394．［2］VOLDRICHJ．Frictionallyexcitedthermoelasticinstabilityindiscbrakes—Transientprobleminthefullcontactregime［J］．InternationalJournalofMechanicalSciences，2007，49(2):129-137．［3］DUZGUNM．Investigationofthermo-structuralbehaviorsofdifferentventilationapplicationsonbrakediscs［J］．JournalofMe-chanicalScienceandTechnolo
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