一种湿式摩擦副滑摩过程润滑流场分布特性建模方法技术

本发明专利技术涉及一种湿式摩擦副滑摩过程润滑流场分布特性建模方法，其步骤：建立湿式摩擦副实体模型和润滑流场模型；设置装配体；网格划分；设置分析步及场输出；为湿式摩擦副实体模型和润滑流场模型施加边界条件；设置湿式摩擦副实体模型与润滑流场实体模型之间的相互耦合作用；流场特性分析：包括润滑流场的流速及压力场分析；根据湿式摩擦副润滑流场仿真结果，润滑油流场流速分布云图与压力分布云图具有对应关系，润滑流场对湿式摩擦副影响效果较为微小；湿式摩擦副润滑流场在相同的润滑油压条件下，同一时刻流场流速与压力变化趋势一致。本发明专利技术能分析不同工况下润滑流场的流场特性，及润滑流场对湿式摩擦副应力应变场的影响。

A Modeling Method for Lubrication Flow Field Distribution Characteristics of Wet Friction Pairs in Sliding and Friction Process

The present invention relates to a modeling method for lubrication flow field distribution characteristics of wet friction pairs in sliding process. The steps are as follows: establishing solid model and lubrication flow field model of wet friction pairs; setting up assembly body; meshing; setting up analysis step and field output; imposing boundary conditions for solid model and lubrication flow field model of wet friction pairs; setting solid model of wet friction pairs and solid model of lubrication flow field. Based on the simulation results of lubrication flow field of wet friction pairs, the velocity distribution nephogram of lubrication oil flow field corresponds to the pressure distribution nephogram, and the effect of lubrication flow field on wet friction pairs is relatively small; the lubrication flow field of wet friction pairs is the same under the same lubrication oil pressure. The trend of flow velocity and pressure is consistent at one time. The invention can analyze the flow field characteristics of lubrication flow field under different working conditions, and the influence of lubrication flow field on the stress and strain field of wet friction pairs.

【技术实现步骤摘要】
一种湿式摩擦副滑摩过程润滑流场分布特性建模方法
本专利技术涉及一种旋转摩擦副间流场分布特性研究领域，特别是关于一种湿式摩擦副滑摩过程润滑流场分布特性建模方法。
技术介绍
湿式摩擦副广泛应用于湿式离合器、湿式制动器、液黏调速离合器等传动部件中，湿式摩擦副是摩擦副表面有油液冷却及润滑的摩擦副，较干式摩擦副有着磨损小、工作寿命长、控制简单、结合平稳、转矩容量大、性能稳定、噪声低等诸多优点。伴随着汽车工业的飞速发展以及科学技术的进步，民用轻型汽车在朝着操作舒适性、行车安全性以及燃油经济性等方向发展，重型军工车辆在朝着高紧凑性、高可靠性、高功率方向发展。作为变速器核心部件的湿式离合器凭借其优点和自身特性迎合了车辆的发展方向，而被广泛应用于综合传动装置。综合传动装置决定着整车的机动性能，尤其在重型军车领域，对综合传动装置的可靠性和耐久性提出了很高的要求。湿式摩擦副的优劣直接影响到传动装置的工作效率以及使用寿命等诸多方面，采用CFD(计算流体力学)技术对湿式摩擦副润滑流场分布特性进行分析研究，并通过数值仿真计算实现流场影响因素的分析，可提前预测流场的变化以及摩擦过程中可能出现的润滑问题，能够有效克服润滑流量和润滑压力设计不当带来的不确定性，显著提高设计效率，减少经济损失。目前国内外学者大多采用数值模拟的方法来研究润滑流场速度场、温度场与压力场等流场特性，一般应用商业建模软件、前处理软件和FLUENT软件联合仿真模拟旋转流体，在进行数值仿真模拟时，能否精确生成网格是一个重要问题，根据湿式摩擦副实际工作情况合理恰当地施加物理边界条件也占据着非常重要的地位。现今针对湿式摩擦副润滑流场还未有在ABAQUS软件中进行仿真计算的案例，大多是基于其他商业软件模拟仿真，因此，急需提出一种在ABAQUS软件中对湿式摩擦副润滑流场仿真建模的方法，以应用其强大的非线性计算功能来计算湿式摩擦副润滑流场流固耦合传热等复杂工程问题，进而指导解决湿式摩擦副实际工作中存在的问题，优化湿式摩擦副结构设计等。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种湿式摩擦副滑摩过程润滑流场分布特性建模方法，其能克服现有润滑流场特性仿真方法的局限，能分析不同工况下润滑流场的流场特性，及在不同工况下，润滑流场对湿式摩擦副应力应变场的影响。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种湿式摩擦副滑摩过程润滑流场分布特性建模方法，其包括以下步骤：1)建立湿式摩擦副实体模型和润滑流场模型；2)设置装配体：湿式摩擦副实体模型和润滑流场实体模型分别选择各自的部件进行装配；3)网格划分：划分网格之前分别对湿式摩擦副实体模型和润滑流场实体模型沿相同切割面进行虚面切割，绘制规整网格，两个模型接触边布置相同数目种子，相同的切割面以及接触面的相同种子数以保证两个模型耦合计算过程中进行良好的数据交换；4)设置分析步及场输出：首先指定分析步的类型，润滑流场模型为CFD类型，选择Flow分析步类型；对湿式摩擦副进行显式动态分析，故选择Dynamic，Explicit分析步类型，两模型设置相同的分析步时间以进行耦合计算；5)为湿式摩擦副实体模型和润滑流场模型施加边界条件；6)设置湿式摩擦副实体模型与润滑流场实体模型之间的相互耦合作用；7)流场特性分析：包括润滑流场的流速及压力场分析；8)根据湿式摩擦副润滑流场仿真结果，润滑油流场流速分布云图与压力分布云图具有对应关系，油槽出油口处油液流速较大而压力较小，内圈油槽内油液流速较小而压力较大，流场流速与压力分布随时间增加均有不同程度的增加趋势，且有明显的分布不均匀现象；润滑流场对湿式摩擦副影响效果较为微小；湿式摩擦副润滑流场在相同的润滑油压条件下，同一时刻流场流速与压力随湿式摩擦副转速的增加而增大，且变化趋势一致。进一步，所述步骤1)中，根据湿式摩擦副内外径实际尺寸建立具有四个径向油槽的简化湿式摩擦副实体模型，模型类型为standard&explicit，先将湿式摩擦副绘制为一个整体，后沿摩擦片与钢片接触面进行虚面切割，然后根据湿式摩擦副模型油槽尺寸绘制摩擦副油槽。进一步，所述步骤1)中，根据湿式摩擦副模型油槽尺寸绘制模型类型为CFD的润滑流场模型，并根据润滑油的物理性质设置润滑流场模型的材料属性。进一步，所述步骤4)中，根据模型计算所要获得的计算量选择场输出变量，针对润滑流场需获取流场流速、流场压力计算量，针对湿式摩擦副关注其应力应变变化量。进一步，所述步骤5)中，润滑流场实体模型的边界条件包括进口油压和出口油压，湿式摩擦副实体模型的边界条件包括六个方向的自由度，设置摩擦片背面x、y、z方向位移为零，绕x轴、y轴转动为零，湿式摩擦副绕z轴的转速700r/min，约为72.8rad/s。进一步，所述步骤6)中，设置湿式摩擦副实体模型与润滑流场实体模型之间的相互耦合作用：分别在各自的模型区域内设置相互作用面，选择相互接触的表面，设置相互作用类型为Fluid-StructureCo-simulation，在固体域与流体域之间进行实时数据交换，湿式摩擦副滑摩过程中，摩擦副带动摩擦副片间润滑油液作旋转运动，与此同时润滑油液对摩擦副具有一定的反作用，湿式摩擦副与润滑油液在滑摩过程中相互作用。进一步，所述步骤7)中，流场特性分析：根据湿式摩擦副实际工况在模型边界条件处设置相应的润滑油入口油压，湿式摩擦副转速，进而分析湿式摩擦副在不同工况下润滑流场的流速、压力变化情况。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术建立的模型为流固耦合模型，即湿式摩擦副与润滑流场相互耦合作用模型，可分析不同工况下润滑流场的流场特性，及在不同工况下，润滑流场对湿式摩擦副应力应变场的影响。2、本专利技术基于具有良好非线性计算能力的有限元软件ABAQUS，对湿式摩擦副与湿式摩擦副间润滑流场进行三维数值建模，分析润滑流场特性及其影响因素，以及通过流固耦合作用，分析润滑流场对湿式摩擦副应力应变场的影响。3、本专利技术是基于ABAQUS软件流固耦合模块建立的湿式摩擦副流固耦合模型，对湿式摩擦副进行参数化建模，采用结构化网格划分技术绘制六面体网格，对湿式摩擦副间润滑流场进行三维建模，根据湿式摩擦副实际工况，合理设置湿式摩擦副模型润滑流场模型边界条件，得出数值模拟结果，分析润滑流场特性以及润滑流场的影响因素，并分析润滑流场对湿式摩擦副应力应变场的影响。4、本专利技术克服了现有润滑流场特性仿真方法的局限，通过湿式摩擦副与润滑流场相互耦合作用，进而代替一般流场仿真中对流场旋转边界条件的施加，同时根据湿式摩擦副实际工况，合理设置模型的其他边界条件，进而得出切合实际的数值模拟结果，分析湿式摩擦副中的润滑流场特性及润滑流场的影响因素，以及润滑流场对湿式摩擦副的影响作用。附图说明图1为具有四个径向油槽的湿式摩擦副三维实体模型；图2为湿式摩擦副片间润滑油液流场模型；图3为湿式摩擦副实体模型的网格划分；图4为湿式摩擦副片间润滑油液流场网格划分；图5为摩擦片背面耦合约束的湿式摩擦副实体模型基本边界条件加载图；图6为湿式摩擦副片间润滑油液流场基本边界加载图；图7为湿式摩擦副实体模型与润滑油液流场耦合接触面示意图；图8为润滑油液流场与湿式摩擦副耦合接触面示意图；图9a为0.06s时润滑油液流场流速矢量图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿式摩擦副滑摩过程润滑流场分布特性建模方法，其特征在于包括以下步骤：1)建立湿式摩擦副实体模型和润滑流场模型；2)设置装配体：湿式摩擦副实体模型和润滑流场实体模型分别选择各自的部件进行装配；3)网格划分：划分网格之前分别对湿式摩擦副实体模型和润滑流场实体模型沿相同切割面进行虚面切割，绘制规整网格，两个模型接触边布置相同数目种子，相同的切割面以及接触面的相同种子数以保证两个模型耦合计算过程中进行良好的数据交换；4)设置分析步及场输出：首先指定分析步的类型，润滑流场模型为CFD类型，选择Flow分析步类型；对湿式摩擦副进行显式动态分析，故选择Dynamic，Explicit分析步类型，两模型设置相同的分析步时间以进行耦合计算；5)为湿式摩擦副实体模型和润滑流场模型施加边界条件；6)设置湿式摩擦副实体模型与润滑流场实体模型之间的相互耦合作用；7)流场特性分析：包括润滑流场的流速及压力场分析；8)根据湿式摩擦副润滑流场仿真结果，润滑油流场流速分布云图与压力分布云图具有对应关系，油槽出油口处油液流速较大而压力较小，内圈油槽内油液流速较小而压力较大，流场流速与压力分布随时间增加均有不同程度的增加趋势，且有明显的分布不均匀现象；润滑流场对湿式摩擦副影响效果较为微小；湿式摩擦副润滑流场在相同的润滑油压条件下，同一时刻流场流速与压力随湿式摩擦副转速的增加而增大，且变化趋势一致。...

【技术特征摘要】
1.一种湿式摩擦副滑摩过程润滑流场分布特性建模方法，其特征在于包括以下步骤：1)建立湿式摩擦副实体模型和润滑流场模型；2)设置装配体：湿式摩擦副实体模型和润滑流场实体模型分别选择各自的部件进行装配；3)网格划分：划分网格之前分别对湿式摩擦副实体模型和润滑流场实体模型沿相同切割面进行虚面切割，绘制规整网格，两个模型接触边布置相同数目种子，相同的切割面以及接触面的相同种子数以保证两个模型耦合计算过程中进行良好的数据交换；4)设置分析步及场输出：首先指定分析步的类型，润滑流场模型为CFD类型，选择Flow分析步类型；对湿式摩擦副进行显式动态分析，故选择Dynamic，Explicit分析步类型，两模型设置相同的分析步时间以进行耦合计算；5)为湿式摩擦副实体模型和润滑流场模型施加边界条件；6)设置湿式摩擦副实体模型与润滑流场实体模型之间的相互耦合作用；7)流场特性分析：包括润滑流场的流速及压力场分析；8)根据湿式摩擦副润滑流场仿真结果，润滑油流场流速分布云图与压力分布云图具有对应关系，油槽出油口处油液流速较大而压力较小，内圈油槽内油液流速较小而压力较大，流场流速与压力分布随时间增加均有不同程度的增加趋势，且有明显的分布不均匀现象；润滑流场对湿式摩擦副影响效果较为微小；湿式摩擦副润滑流场在相同的润滑油压条件下，同一时刻流场流速与压力随湿式摩擦副转速的增加而增大，且变化趋势一致。2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤1)中，根据湿式摩擦副内外径实际尺寸建立具有四个径向油槽的简化湿式摩擦副实体模型，模型类型为standard&explicit，先将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李乐，王茜，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11