【应用】ANSYS高级模态分析技术—盘式制动器啸叫分析

2016-10-22 by:CAE仿真在线来源:互联网

如何减小制动器噪音在汽车工业中是一个典型问题。摩擦片会产生广泛的、持续的摩擦引起的振动,即制动器啸叫。刹车系统生产商在以往的对盘式制动器有限元模拟中花费大量的时间在实物试验的方式获得准确的接触状态,然后手工建立制动盘、摩擦片和其它部件之间的联接。现在我们可以在统一的ANSYS Workbench平台下,方便利用ANSYS接触功能,以及高级复模态求解功能实现整个制动器的噪声分析。

1、分析流程

利用几何接口直接导入盘式制动器系统的三维实体几何模型,在ANSYS Workbench 中进行几何模型处理和网格划分,修改自动创建的接触连接关系。模型处理好后首先进行非线性静力学分析,模拟制动器的制动时真实接触状态,并将制动器摩擦副之间的摩擦力作为外力引入到振动微分方程,使原本对称的刚度项变成非对称项。利用线性摄动法,引入摩擦后的非对称刚度矩阵,进行复模态分析。对复模态进行分析,研究不同的材料、几何等特性对制动噪声的影响。

2、ANSYS接触技术

诸如摩擦滑移制动这些现象会导致一些不均匀量,在制动器尖叫问题分析过程中如果人工计算并设置这些不均匀量,把这些不均匀量通过特殊的单元(例如MATRIX27)输入。这是一个繁琐的过程,它需要刹车垫-刹车片交界面上相匹配的网格,并且假设这些网格是相互接触并产生滑移的一定数量接触面相关。

ANSYS Workbench自动探测接触,建立接触单元。通过ANSYS 3D接触单元(CONTA17X)在刹车垫-刹车片交界面上建立面-面接触,是一种相当有效的建模方法。利用面-面接触单元,不需要在接触面\目标面上建立相互匹配的网格,同时也不需要计算不均匀量。

由于接触压力及摩擦应力是通过穿透量的逐步换算在每一部迭代中增加的,因此,摩擦接触采用增强拉格朗日接触方程。同时增强拉格朗日方程相比拉格朗日乘子法需要更少的迭代次数,因为拉格朗日乘子法需要附加的迭代来稳定接触状态。增强拉格朗日法对于通常的摩擦接触,例如制动盘-摩擦片之间的摩擦接触是相当适用的。

3、复模态分析技术

制动器啸叫分析关键挑战在于模态分析中考虑结构线性或非线性预应力状态。ANSYS Mechanical通过线性摄动法自动计入预应力效果。通常在非线性静力学分析中确定初始接触状态及计算制动盘与摩擦片间的滑动接触。在静力分析中摩擦接触产生非对称刚度矩阵,在后续模态计算中利用复模态求解器QR Damped 或Unsymmetric进行求解。