【應用】ANSYS高級模態分析技術—盤式制動器嘯叫分析

2016-10-22 by:CAE仿真在線來源:互聯網

如何減小制動器噪音在汽車工業中是一個典型問題。摩擦片會產生廣泛的、持續的摩擦引起的振動,即制動器嘯叫。剎車系統生產商在以往的對盤式制動器有限元模擬中花費大量的時間在實物試驗的方式獲得準確的接觸狀態,然后手工建立制動盤、摩擦片和其它部件之間的聯接。現在我們可以在統一的ANSYS Workbench平臺下,方便利用ANSYS接觸功能,以及高級復模態求解功能實現整個制動器的噪聲分析。

1、分析流程

利用幾何接口直接導入盤式制動器系統的三維實體幾何模型,在ANSYS Workbench 中進行幾何模型處理和網格劃分,修改自動創建的接觸連接關系。模型處理好后首先進行非線性靜力學分析,模擬制動器的制動時真實接觸狀態,并將制動器摩擦副之間的摩擦力作為外力引入到振動微分方程,使原本對稱的剛度項變成非對稱項。利用線性攝動法,引入摩擦后的非對稱剛度矩陣,進行復模態分析。對復模態進行分析,研究不同的材料、幾何等特性對制動噪聲的影響。

2、ANSYS接觸技術

諸如摩擦滑移制動這些現象會導致一些不均勻量,在制動器尖叫問題分析過程中如果人工計算并設置這些不均勻量,把這些不均勻量通過特殊的單元(例如MATRIX27)輸入。這是一個繁瑣的過程,它需要剎車墊-剎車片交界面上相匹配的網格,并且假設這些網格是相互接觸并產生滑移的一定數量接觸面相關。

ANSYS Workbench自動探測接觸,建立接觸單元。通過ANSYS 3D接觸單元(CONTA17X)在剎車墊-剎車片交界面上建立面-面接觸,是一種相當有效的建模方法。利用面-面接觸單元,不需要在接觸面\目標面上建立相互匹配的網格,同時也不需要計算不均勻量。

由于接觸壓力及摩擦應力是通過穿透量的逐步換算在每一部迭代中增加的,因此,摩擦接觸采用增強拉格朗日接觸方程。同時增強拉格朗日方程相比拉格朗日乘子法需要更少的迭代次數,因為拉格朗日乘子法需要附加的迭代來穩定接觸狀態。增強拉格朗日法對于通常的摩擦接觸,例如制動盤-摩擦片之間的摩擦接觸是相當適用的。

3、復模態分析技術

制動器嘯叫分析關鍵挑戰在于模態分析中考慮結構線性或非線性預應力狀態。ANSYS Mechanical通過線性攝動法自動計入預應力效果。通常在非線性靜力學分析中確定初始接觸狀態及計算制動盤與摩擦片間的滑動接觸。在靜力分析中摩擦接觸產生非對稱剛度矩陣,在后續模態計算中利用復模態求解器QR Damped 或Unsymmetric進行求解。