У цій вправі ви виконуєте аналіз і перевіряєте результати коефіцієнта міцності, напруги, переміщення, теплового потоку та теплового градієнта. Ви використовуєте результати для

• Визначте, чи гальмівний ротор піддасться в результаті прикладених навантажень

• Визначте зони максимального навантаження

• Подивіться різні варіанти переходу кольорів на результат

• Поясніть місце максимального напруження

• Поясніть розподіл температури

• Анімуйте результат переміщення, щоб побачити, як змінюється ротор під час використання.

  

  Гальмівний ротор готовий до аналізу (зліва). Модель гальмівного ротора, що показує результати коефіцієнта безпеки (праворуч) .

передумови

• Завдання 4 завершено.

Кроки

1. Розв’язати дослідження.

   1. Натисніть (Робоча область моделювання > вкладка «Налаштування» > панель «Розв’язання» > «Розв’язування») , щоб відкрити діалогове вікно «Розв’язування» .
   2. Натисніть Розв’язати , щоб почати аналіз і закрити діалогове вікно Розв’язати .
   3. Після завершення аналізу натисніть «Закрити» , щоб закрити діалогове вікно «Стан завдання» .

      Вкладка «Результати» відкривається автоматично, щоб ви могли переглянути результати.

2. Визначте, чи поступиться ротор в результаті прикладених структурних і теплових навантажень.

   1. Перегляньте результат коефіцієнта безпеки , який відображається спочатку.

      Зонди мінімального/максимального результату відображаються за замовчуванням. Якщо ви хочете їх приховати, клацніть (Робоча область моделювання > вкладка «Результати» > панель «Перевірка» > «Сховати мінімальне/максимальне значення») .

   2. Зауважте, що коефіцієнт безпеки перевищує 2,0, що вказує на те, що ротор не поступиться в результаті прикладених структурних і теплових навантажень.
   3. Зауважте, що найнижчі коефіцієнти безпеки спостерігаються біля країв повітряних прорізів, призначених для охолодження внутрішньої частини ротора.

      Щоб краще зрозуміти, чому коефіцієнт міцності є найнижчим навколо країв виїмок, ви подивитесь на результати напруги, розподілу температури та теплового потоку.

      

3. Визначте, де виникає максимальне напруження.

   1. Виберіть результат Stress у спадному меню результатів біля легенди. Відображаються контури напруги фон Мізеса.
   2. Зауважте, що максимальні результати напруги виникають у тих самих місцях, що й мінімальні коефіцієнти безпеки, з радіальними смугами підвищеної напруги вздовж поверхні тертя.

      

4. Визначте, де відбувається максимальний тепловий потік, і перейдіть від плавного переходу кольору до смугового.

   1. Виберіть результат теплового потоку зі спадного меню результатів біля легенди.
   2. Натисніть Параметри легенди , поруч із легендою, щоб відкрити діалогове вікно Параметри легенди .
   3. Змініть колірний перехід на смуговий . Зауважте, що легше побачити смуги найвищого теплового потоку.

      

      Область максимального теплового потоку відповідає області максимального напруження і мінімального запасу міцності. Повітряні прорізи змушують тепло, що надходить від джерела тепла до валу з водяним охолодженням, концентруватися в зменшеному поперечному перерізі чавунного матеріалу.

5. Використовуйте результат теплового градієнта, щоб пояснити розташування максимального напруження на кроці 3. Більш круті температурні градієнти створюють більші напруги через значну варіацію теплового розширення на невеликій площі.

   1. Виберіть результат Thermal Gradient зі спадного меню результатів біля легенди.
   2. Зверніть увагу, що найвищі температурні градієнти відбуваються в областях повітряних прорізів. Максимальний температурний градієнт тут становить трохи менше 2°C на мм лінійної відстані.
   3. Зауважте, що контури кольорів теплового потоку та теплового градієнта по суті ідентичні, хоча одиниці та величини відрізняються. Ця різниця більш очевидна при використанні смугового переходу кольорів, ніж при гладкому .

      

      Крім теплового градієнта, зміни в поперечному перерізі матеріалу впливають як на структурні, так і на термічні напруги. Даний температурний градієнт створює більшу температурну напругу у великому поперечному перерізі, ніж той самий градієнт у меншому поперечному перерізі. Це явище пояснює радіальні смуги підвищеної напруги вздовж поверхні тертя, яку видно на кроці 3. Кожна зона підвищеної напруги відповідає радіальному ребру на протилежній стороні диска. Ці спостереження повністю пояснюють розподіл напруги фон Мізеса, який спостерігається на кроці 3.

   4. Поверніться до плавного переходу кольорів і натисніть OK , щоб закрити діалогове вікно.

6. Перейдіть до результату температури та спробуйте пояснити розподіл температури.

   1. Виберіть результат температури зі спадного меню результатів біля легенди.

      

   2. Зауважте, що максимальна температура припадає на контактну поверхню колодок, де тепло утворюється через тертя під час гальмування, тому це очікувано.
   3. Зверніть увагу, що температура знижується досить швидко, коли ви рухаєтеся радіально всередину від області максимальної температури.

      Тепло відводиться шляхом поєднання конвекції (на всіх відкритих поверхнях) і провідності до нижчої фіксованої температури на поверхні отвору маточини. Рухаючись радіально всередину, конвективний і кондуктивний теплові потоки спрямовані від області максимальної температури і є адитивними.

   4. Зверніть увагу, що температура зменшується, коли ви рухаєтеся радіально назовні, але не так швидко.

      Рухаючись радіально назовні, ви рухаєтесь протилежно напрямку провідного теплового потоку. Тепло завжди тече від вищих до нижчих температур. Таким чином, втрати тепла в самій зовнішній області диска є чисто конвективними. Без провідного компонента в цій області відбувається менш швидка втрата тепла.

7. Анімуйте окремі компоненти X, Y та Z результатів переміщення, використовуючи параметри «Найвища швидкість» і «Односторонній» , щоб побачити зміну розміру ротора.

   1. Виберіть результат Displacement зі спадного меню результату біля легенди.

      Зауважте, що максимальний зсув ротора становить понад 0,3 мм, і це відбувається на краю зовнішнього діаметра передньої поверхні джерела тепла.

      

   2. У розкривному списку компонентів поруч із легендою графіка перейдіть із Total на X .
   3. Натисніть (Робоча область Simulation > вкладка Results > Result Tools panel > Animate), щоб відкрити діалогове вікно Animate .
   4. Активуйте опцію One-way , щоб побачити зростання.
   5. У розкривному списку «Швидкість» виберіть «Найшвидший» .
   6. Натисніть грати

      Зверніть увагу, що зміщення є переважно радіальним зростанням.

   7. Коли анімація продовжує відтворюватися, перейдіть до компонента Y, а потім до компонента Z.
   8. Натисніть кнопку OK , щоб закрити діалогове вікно Animate , коли ви побачите достатньо.

Підсумок заняття 5

У цій вправі ви провели аналіз і

• Визначено, що гальмівний ротор не піддається внаслідок прикладених навантажень
• Виявлено зони максимального напруження
• Переглянув різні варіанти переходу кольорів на результат
• Пояснив місце максимального напруження
• Пояснив розподіл температури
• Анімований результат переміщення, щоб побачити, як ротор змінюється під час використання.