1温度场分析的意义 2离合器温度场分析的前提条件 进行膜片弹簧离合器温度场分析时要考虑到很多因素的影响，在这些因素 中有些是主要的因素，有些是次要的因素。根据目前的研究条件和国内外对此 研究的进展状况，针对本研究主要进行如下方面的假设啪儿驯。 (1)在离合器接合过程中，压盘摩擦片间不断地流入和流出，因此其温度在 不断的变化，则摩擦片压盘的材料热性能参数要受到温度的影响。由于实验仪 器的限制，不能够测量这些参数的变化，故在这里假设压盘和摩擦片的材料热 性能参数不随温度变化。 (2)任何有温度的物体都要向外辐射能量，离合器也不例外。由于离合器接 合分离的时间很短，且压盘和摩擦片的温度不是很高，考虑到辐射计算的复杂 性，暂不考虑离合器的辐射散热。 (3)实际工作中，离合器由于温度过高，或者散热不好，材料的物理化学性 质就会发生变化，比如塑性变形、析氢等现象。这些现象在温度场求解中是很 难实现的，因此在该分析中将此现象忽略掉。 (4)摩擦热的产生，总是会有各种现象可能会带走部分的摩擦热，如磨损会 带走摩擦热。为了分析问题方便，认为摩擦热流完全被压盘和摩擦片吸收。 (5)根据产生热量来源的滑摩功计算公式可判断出压盘摩擦片的温度场是 沿径向和轴向变化的二维温度场。
3 用Pro/E软件建立离合器压盘模型 通过Pro/E软件对离合器压盘进行全面的三维建模，见图4-1。Pro/E建模主要通过线框的拉伸和剪切。所建立压盘三维模型数据如下：压盘外径为180mm，内径为120mm，材料为灰铸铁HT200铸成。
4有限元温度场分析前提条件 （1）结构离散化 结构离散化就是将结构分成有限个小的单元，单元与单元、单元与边界之间通过节点连接。结构的离散化是有限元法分析多的第一步，关系到计算精度与计算效率，是有限元法的基础步骤，包含以下的内容： 1）单元类型选择。离散化首先要选定单元类型，这个包括单元形状、单元节点与节点自由度等三个方面的内容。 2）单元划分。划分单元时应注意一下几点：①网格划分越细，节点越多，计算结果越精确。网格加密到一定程度后计算精度的提高就不明显，对应力应变变化平缓的区域不必要细分网格。②单元形态应该尽可能接近相应的正多边形或者正多面体，如三角形单元三边应尽量接近，且不出现钝角；矩阵单元长度不宜长宽相差过大等。③单元节点应与相邻单元节点相连接，不能置于相邻单元边界上。④同一单元由同一种材料构成。⑤网格划分应尽可能有规律，以利于计算机自动生成网格 3）节点编码
（2）单元选定 选用三维实体单元,本模型采用常用的八节点六面体单元(SOLID 70)
（3）边界条件 热传导方程建立了温度与时间、空间的关系，但满足热传导方程的解有无限多个。为了得到所要求的温度场，还需要知道定解条件，即所要求解问题的初始条件和边界条件。 初始条件为初始瞬间固体内部的温度分布，可用下式表示： 当=O时，T=T(x,y，z) 边界条件是固体表面与周围介质相互作用的规律，有两种类型的边界条件： (1)第一类边界条件—温度边界条件 固体表面温度是时间f的已知函数，即在边界1S上温度为已知： )(T 这种边界条件称为“强加边界条件"，或者“本质边界条件”。 (2)第二类边界条件—热交换边界条件 固体表面与流体(或空气)接触时，通过固体表面的热流密度，与固体表 面温度和流体温度之差成正比，即(在边界2S上)有：
0)(hqnxknxknxkzzyyxx
式中zyxnnn,,为边界表面向外法线的方向余弦。q为边界上热传导引起的热耗散， h为表面放热系数，)(h为由于对流引起的热耗散。
当h时，由上式得到： 0 即，此时即退化为特殊的第一类边界条件。 稳态热传导问题的温度场问题与时间无关，采用有限元单元进行离散以后，可以直接得到有限元的单元方程。在热传导的问题中，场变量是温度，是标量场。瞬态热传导问题的温度场是随时间变化的。在空间域有限元离散后，得到的是一阶常微分方程组。它的解法原则上和动力学问题类同，可以采用模态叠加法或直接积分法。但从实际应用考虑，更多的是采用后者。瞬态温度场与稳态温度场主要的差别是瞬态温度场的场变量不仅是区域内部点的坐标函数，而且还是时间t的函数，但是时间和空间两种区域并不耦合。求解这类问题的方法是在空间域采用有限元格式离散，而在时间域采用差分法离散。 5.5在ANSYS软件中对鼓式制动器进行有限元热力学分析过程 5.5.1.参数的确定 压盘材料的热性能参数如下表： 名称 外径 内径 比热容 密度 导热系数 材料
压盘 180 129 540 7300 50 HT200 5.5.1.网格的划分 有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响 着后续数值计算分析结果的精确性。由于采用自由网格划分技术划分网格只能 将体划分成四面体网格，造成有限元模型网格数量大，降低了计算的精度和速 度，而映射网格划分生成的有限网格形状规则，数量上要比相应的自由网格少 很多，不仅节省计算时间，而且提高了计算精度。 划分网格时选择单元为SOLID 70，有利于后续对压盘进行的热应力耦合分 析。压盘的结构很不规则，先将它在UG中分割成能够化成映射 网格的规则小块，再对其GLUE，然后再SWEEP扫掠，获得映射网格。三个厂 家压盘及摩擦片网格划分结果如下图所示。
5.5.1.选定分析类型 从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，ANSYS热分析包括稳态热分析和瞬态热分析两类基本分析。 (1)稳态热分析：系统的温度场不随时间变化 如果系统的净热流率为O，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于
流出系统的热量：0q-q流出生成流入q，则系统处于热稳态。在稳态热分析中任 一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为(以矩阵形式表示)
QTK
其中，K为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；T为节 点温度向量；Q为节点热流量向量，包含热生成。 (2)瞬态热分析：系统的温度场是时间的函数，随时间变化。 瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。这个过程中系统的温度、 热流率、热边界条件及系统内能随时间都有明显的变化。根据能量守恒原理， 瞬态热平衡可以表达为(以矩阵形式表示)
QTKTC 其中：K为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；C为比 热矩阵，考虑系统内能的增加；T为节点温度向量；T为温度对时间的导数； Q为节点热流率向量，包含热生成。
综合两种方法本分析选用瞬态热分析 5.5.1压盘对流换热系数的确定 引起离合器温度升高的滑摩功产生于离合器接合和分离过程中，由于在离合器分离时载荷较小或已经解除，对温度变化影响较小，因此依据所做的台架实验离合器接合一次时间为2秒，在分析时将分离时刻定为1秒，同时将由滑摩功所产生的热流密度载荷解除掉。当汽车在比较恶劣的道路状况或者超载情况下，热负荷问题比正常使用情况下严重的多，所以我将对环境温度在30℃、80℃、130℃、180℃、230℃、280℃、320℃对离合器连续接合三次进行ANSYS瞬态温度场分析。
5.5.1.瞬态热分析的载荷步及步长的选择 载荷步仅仅是为了获得解答的载荷配置，它的作用是在给定的时间间隔内施加的一组载荷。在瞬态分析中，用多个载荷步载荷历程曲线的不同区段来描述载荷随时间的变化情况。 对于非线性分析，每个载荷步都需要多个载荷子步。时间步长的大小关系到计算的精度。步长越小，计算精度越高，同时计算的时间越长。根据线性传导热传递，可以按如下公式估计时间步长：
2/4ITS
其中：为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度：为导温系数，它等于 导热系数除以密度与比热的乘积ck/ 因为本次分析是要计算离合器接合分离各三次(时间9秒)的温度场，并 且每次接合时热流密度函数是在随时间不断的变化，因此就六个时间点设置了 六个载荷步，在每个载荷步中根据实际设置载荷子步。
5.5.1.离合器摩擦副的ANSYS计算 本文主要采用ANSYS 软件中的热分析模块，运用瞬态分析，模拟了汽车起步离合器连续接合三次过程中压盘的温度场。因为离合器的多次接合使压盘温度升高，导致环境温度的变化，因此本次分析了环境温度在30℃、80℃、130℃、180℃、230℃、280℃、320℃下七次的压盘和摩擦片的三次接合的温度场变化，寻找温度沿压盘摩擦片轴向、径向节点的分布规律，为寻找离合器几种失效原因打下理论基础。
5.5.1.ANSYS 分析结果和结论 本文采用有限元技术对离合器压盘进行设计,利用Pro/E 软件建立离合器压盘三维参数化模型,进行转化后采用有限元分析软件ANSYS 对其进行仿真分析和计算,得出了温度场下压盘在温度下的云图,通过对结果进行分析 我们能准确地了解压盘的发热状况，为离合器设计和使用提供依据。离合器在接合过程中摩滑产生过多的热量和过大的摩滑功是造成离合器损坏的主要原因。压盘温度过高，使摩擦表面出现烧结，压盘摩擦面的烧结与离合器接合过程中的滑摩功率有很大关系，烧结是温度与滑摩功率综合作用的结果，当摩擦表面温度较低时，可以承受较大的滑摩功率，当温度较高时，只能承受较小的滑摩功率。离合器压盘温度场的分析对于汽车的轻量化、舒适性和操纵稳定性方面的设计和改进具有非常重大的实际意义.
