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列車制動盤是影響列車運行安全性的核心部件，有限元分析仿真在設計階段是科學衡量列車制動盤性能的重要方法。盡管目前有限元分析軟件提供了較為強大的分析計算功能，在列車制動盤有限元分析的前處理、分析求解和后處理中，一般采用人機交互方式進行有限元分析任務與分析參數(shù)的定義，這是一項繁瑣而復雜的工作，常常需要熟悉軟件的專業(yè)人員完成，且需耗費大量的時間和精力完成。本文在分析列車制動盤有限元分析一般步驟的基礎上，利用有限元分析軟件ANSYS的二次開發(fā)功能，實現(xiàn)了列車制動盤溫度場有限元自動建模和分析仿真。
ANSYS軟件是一款融合了結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場和聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。它能與市面上的絕大多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)的共享和交換交互，是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中較為常用的CAE軟件之一。ANSYS軟件分析計算類型包括結(jié)構(gòu)靜力分析、結(jié)構(gòu)動力學分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動力學分析、熱分析和流體動力學分析等。其有限元分析仿真的一般步驟如圖。
列車制動盤ANSYS有限元分析仿真的步驟如圖。
（1）在列車制動盤分析前處理操作中，定義Static分析類型、Solid45單元，溫度場分析仿真則定義Thermal分析類型、Solid70單元；材料參數(shù)定義密度DENS為7800 kg/m3、導熱系數(shù)K為38.2 W/（m·k）、熱容量C為520 J（/kg·°C）、空氣對流系數(shù)為30 w/m2·°C 等；
（2）導入列車制動盤三維有限元模型；
（3）考慮列車制動盤為循環(huán)對稱結(jié)果，為減少計算量，切制出1/10模型進行分析仿真；
（4）用已定義單元類型，采用適當精度劃分模型，得到8522個單元和2568個節(jié)點；
（5）分析加載前在ANSYS 中定義環(huán)境溫度20°C、模型邊界約束條件、溫度面載荷400°C或壓力面載荷40000 Pa等；
（6）施加載荷，對模型進行有限元分析計算求解；
（7）經(jīng)后處理操作，顯示和處理求解后列車制動盤溫差場或應力場的云圖分析結(jié)果；
（8）列車制動盤分析仿真結(jié)束。針對制動盤有限元分析的特點，以上8個步驟可以在ANSYS軟件環(huán)境下，采用一系列的人機交互操作完成，也可利用ANSYS提供的二次開發(fā)工具，利用高級語言開發(fā)專用軟件自動完成制動盤有限分析。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術服務與解決方案
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