练习20：刹车盘周期温度荷载

本案例是刹车盘受周期温度载荷作用，分别从Isotropic与Kinematic模型粗放的观察升温降温过程后的残余应力情况。

问题描述

简易原理图如下所示，受周期温度载荷，考察其残余应力；摩擦升温，受热形变甚至发生开裂。

这就是常见的热力耦合问题，而且是单向耦合。但是本篇练习不涉及摩擦升温的模拟，后续练习会详细弄这个。此处是提供热分析的结果，将热分析的时间历程分布作为应力分析的导入。应力分析使用的是热相关的材料，下面的简图表明了基本原理：

与热应力相比，所施加的正常刹车力、离心力和减速力所产生的应力通常是微不足道的，因此在研究刹车盘表面的热裂纹时，通常忽略不计。

材料信息

cast iron；杨氏模量：70GPa；泊松比：0.3；conductivity：48；density：7200；Heat：452；
其中Expansion、Plastic等参数见源文档

刹车盘表面节点温度历程如下图所示，表示的是一个刹车周期热传。刹车20s，回到环境温度需要1000s。

工作目录

选择File > Set Work Directory设定工作目录

几何模组

单击Open，从工作目录选择DiscStress.cae并打开

Isotropic Harding

属性模组

因为是热分析，故此给了很多材料热有关的属性。详细参数见上面注释以及源文档。

装配模组

源文档已经完成组装，跳过即可

分析步模组

传热分析由两个分析步完成：第一个分析步是刹车，第二个是冷却。下图是20s刹车盘面的温度分布以及冷却以后的状态。

我们会查看三个刹车周期以后的应力应变行为，假设三个刹车周期的条件是一样的以便产生类似的温度历程，因此在刹车过程中将会重复三次温度历程。

分析程序会选择使用Static, General。共包含三个分析步，假定几何非线性效应不显著，故此未开启几何非线性。增量类型设置为Automatic，初始增量大小为0.01，最大增量为0.04。

  • 请求输出

进入场输出请求管理器【Filed Output Requests Manager】编辑默认的输出请求（告诉软件你想要什么结果），除了默认的请求外，新增EE、THE。

  • 定义载荷

切换至Load模组，我们这里定义的荷载是Temperature。切换至Step-1分析步施加温度载荷，注意所在的模块为预定义场Predefined Field。（源于传热分析的结果）

对整个板施加温度荷载，我们的初始场源自热分析的结果，所以这里引入的是odb文件。选择“From results or output database”

点击OK完成定义，复制该上述定义项，在修改所处分析步，作为第二个分析步的场。

复制第二个来修改到第三个分析步，作为第三个分析步的预定义场

  • 定义边界

边界条件已经定义，详细查看源文档即可。

交互模组

无需定义此项，跳过即可

网格模组

切换至Mesh模组，注意网格划分与单元分配是处在同一个模组下。

使用的单元类型为C3D8R。

分析任务

切换至Job模组，新建分析任务，直接提交即可。

可视化模组

切换至Visualization模组

  • S22

默认是全局直角坐标系，这不利于我们理解分析结果，需要将其转换至圆柱坐标系下，

  • PEEQ

我们发现圆环的中间有有效塑性应变相对较高，这一部分材料是容易发生疲劳裂纹的。

  • Stress Vs Strain（circumferential）

图示反映的是周向应力历程表现，每次刹车产生周向应力（压缩应力），冷却以后变成拉伸应力，很神奇

图示对应的是周向塑性应变。通过观察应力、应变的曲线，我们可以发现一开始刹车产生的压缩永久形变，冷却下来以后变成拉伸。观察应变曲线，我们可以发现第一个刹车周期，拉伸屈服小于压缩屈服，所以冷却以后会产生残余压缩应变。但是随后的周期里面，拉伸屈服等同于压缩屈服，所以残余压缩应变的幅度每个周期后总是一样的。

  • Stress VS  Strain（Radial）

径向压缩应力远低于周向压缩应力，更进一步，第三个周期后应力变成残余压缩应力。

径向应变的幅度和趋势明显是不同于周向应变的，主要是因为周向方向的膨胀受到约束（由于是圆形）而径向相对自由。

这不就是肺吗

，容易么我

注意：传热分析的odb先用软件转换一下版本，否则报错，必须与当前分析版本适配。

模型文件下载：

https://cloud.189.cn/t/MB3iyiZbmyeu (访问码:x9ib)

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