一种制动盘温度场的仿真计算系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种制动盘温度场的仿真计算方法，包括：将线路分为多个子区间；计算每一个所述子区间所对应的加速度an；基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数；将加载环境参数后的全部所述子区间进行连续仿真计算，得到制动盘在不同时刻下的温度值。本发明专利技术还公开了一种制动盘温度场的仿真计算系统。上述仿真计算方法，极大减轻了仿真计算的工作量，降低了对计算机性能的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种制动盘温度场的仿真计算系统与方法
本专利技术涉及温度场的仿真计算
，特别涉及一种制动盘温度场的仿真计算系统与方法。
技术介绍
众所周知，制动盘是机车车辆重要的基础制动装置之一，其在服役过程中的安全可靠性直接影响到列车的运行安全。制动盘在长期的服役过程中，反复受到循环的温度的作用，在一次制动过程后，通常制动盘温度未降到环境温度之前，又开始了下次的制动，制动盘温度将越升越高，直至到达摩擦热输入和对流热耗散的平衡。由于制动盘的最高温度和热循环次数直接影响制动盘的寿命，因此，对制动盘在实际线路参数条件下，进行温度场仿真计算非常重要。传统的制动盘的温度仿真计算都是基于单次制动和散热条件，这与制动盘的实际工作条件不一致。为了达到按照线路条件下的制动盘摩擦制动温度场仿真，需要按照线路条件，根据减速度的不同，进行多次仿真计算。减速度一旦出现变化，就必须加载不同的对流函数和摩擦热输入函数。因此，按照传统的计算步骤和方法，往往导致非常大的工作量。并且计算机内存的有限，通常在计算3～5次连续制动后，计算机容量由于达到满负荷而停止计算。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制动盘温度场的仿真计算系统与方法，极大减轻了仿真计算的工作量，降低了对计算机性能的要求。为实现上述目的，本专利技术提供一种制动盘温度场的仿真计算方法，包括：将线路分为多个子区间；计算每一个所述子区间所对应的加速度an；基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数；将加载环境参数后的全部所述子区间进行连续仿真计算，得到制动盘在不同时刻下的温度值。相对于上述
技术介绍
，本专利技术提供的制动盘温度场的仿真计算方法，首先将线路划分为多个子区间，该线路即为制动盘的运行环境，不同的线路会导致制动盘的工况不同；而后针对每一个子区间，计算该子区间的加速度an；然后基于制动盘的有限元模型，根据每一个子区间的加速度an对全部子区间加载环境参数；最后将加载环境参数后的全部子区间进行连续仿真计算，得到制动盘在不同时刻下的温度值。本专利技术的核心在于，将线路划分为多个子区间，其中子区间的划分方式可以有多种，包括依据线路的坡度、长度或其他因素进行划分，且划分后的子区间设置为一个载荷步，将全部子区间也即全部载荷步加载环境参数后，进行一次性求解，避免了现有技术中针对每次制动均需要对整条线路进行模拟仿真的情形，进而极大减轻仿真计算的工作量，降低了对计算机性能的要求。优选地，所述基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数包括：针对每一个所述子区间，根据公式Re＝w×r×r/v计算雷诺数Re；其中，w为制动盘的节点的角速度，r为节点相对于制动中心的距离，v为空气运动粘度；判断雷诺数Re与5e5的大小；当Re＜5e5时，对节点加载层流散热函数Hf1，层流散热函数Hf1＝0.664×(Re)0.5×0.02/r；当Re≥5e5时，对节点加载紊流散热函数Hf2，紊流散热函数Hf2＝0.036×0.02×((Re)0.8-23000)/r。优选地，所述基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数还包括：针对每一个所述子区间，判断加速度an是否小于零；当an＜0时，对制动盘的盘面加载热流密度函数qt，热流密度函数qt＝0.85×(M×an×V-M×an×an×t)/(n×π×(R×R-r×r))；其中，M为轴重，V为当前速度，t为当前时刻，n为摩擦面数，R与r分别为闸片与盘面摩擦的环形区域的外径和内径。优选地，所述基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数包括：针对每一个所述子区间，设置瞬态传热的求解参数。优选地，所述将加载环境参数后的全部所述子区间进行连续仿真计算，得到制动盘在不同时刻下的温度值之后包括：绘制制动盘在不同时刻下的最大温度值随时间的变化曲线。优选地，所述计算每一个所述子区间所对应的加速度an包括：根据每一个所述子区间首尾两端的速度Vn、Vn-1以及每一个所述子区间首尾两端的时刻tn、tn-1，并根据公式an＝(Vn-Vn-1)/(tn-tn-1)计算得到每一个所述子区间的加速度an。本专利技术还提供一种制动盘温度场的仿真计算系统，包括：划分模块：用于将线路分为多个子区间；计算模块：用于计算每一个所述子区间所对应的加速度an；加载模块：用于基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数；仿真模块：用于将加载环境参数后的全部所述子区间进行连续仿真计算，得到制动盘在不同时刻下的温度值。优选地，所述加载模块包括：雷诺数计算单元：用于针对每一个所述子区间，根据公式Re＝w×r×r/v计算雷诺数Re；其中，w为制动盘的节点的角速度，r为节点相对于制动中心的距离，v为空气运动粘度；层流散热函数加载单元：用于判断雷诺数Re与5e5的大小；当Re＜5e5时，对节点加载层流散热函数Hf1，层流散热函数Hf1＝0.664×(Re)0.5×0.02/r；当Re≥5e5时，对节点加载紊流散热函数Hf2，紊流散热函数Hf2＝0.036×0.02×((Re)0.8-23000)/r。优选地，所述加载模块还包括：热流密度函数加载单元：用于针对每一个所述子区间，判断加速度an是否小于零；当an＜0时，对制动盘的盘面加载热流密度函数qt，热流密度函数qt＝0.85×(M×an×V-M×an×an×t)/(n×π×(R×R-r×r))；其中，M为轴重，V为当前速度，t为当前时刻，n为摩擦面数，R与r分别为闸片与盘面摩擦的环形区域的外径和内径。优选地，还包括；输出模块：用于绘制制动盘在不同时刻下的最大温度值随时间的变化曲线。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的制动盘温度场的仿真计算方法的流程示意图；图2为应用图1中的仿真计算方法后得到的温度与路程曲线图；图3为本专利技术实施例所提供的制动盘温度场的仿真计算系统的结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图1至图3，图1为本专利技术实施例所提供的制动盘温度场的仿真计算方法的流程示意图；图2为应用图1中的仿真计算方法后得到的温度与路程曲线图；图3为本专利技术实施例所提供的制动盘温度场的仿真计算系统的结构框图。本专利技术提供的一种制动盘温度场的仿真计算方法，如说明书附图1所示，主要包括：S1、将线路分为多个子区间；S2、计算每一个所述子区间所对应的加速度an；S3、基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制动盘温度场的仿真计算方法，其特征在于，包括：将线路分为多个子区间；计算每一个所述子区间所对应的加速度an；基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数；将加载环境参数后的全部所述子区间进行连续仿真计算，得到制动盘在不同时刻下的温度值。

【技术特征摘要】
1.一种制动盘温度场的仿真计算方法，其特征在于，包括：将线路分为多个子区间；计算每一个所述子区间所对应的加速度an；基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数；将加载环境参数后的全部所述子区间进行连续仿真计算，得到制动盘在不同时刻下的温度值。2.根据权利要求1所述的仿真计算方法，其特征在于，所述基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数包括：针对每一个所述子区间，根据公式Re＝w×r×r/v计算雷诺数Re；其中，w为制动盘的节点的角速度，r为节点相对于制动中心的距离，v为空气运动粘度；判断雷诺数Re与5e5的大小；当Re＜5e5时，对节点加载层流散热函数Hf1，层流散热函数Hf1＝0.664×(Re)0.5×0.02/r；当Re≥5e5时，对节点加载紊流散热函数Hf2，紊流散热函数Hf2＝0.036×0.02×((Re)0.8-23000)/r。3.根据权利要求2所述的仿真计算方法，其特征在于，所述基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数还包括：针对每一个所述子区间，判断加速度an是否小于零；当an＜0时，对制动盘的盘面加载热流密度函数qt，热流密度函数qt＝0.85×(M×an×V-M×an×an×t)/(n×π×(R×R-r×r))；其中，M为轴重，V为当前速度，t为当前时刻，n为摩擦面数，R与r分别为闸片与盘面摩擦的环形区域的外径和内径。4.根据权利要求1～3任意一项所述的仿真计算方法，其特征在于，所述基于制动盘的有限元模型，根据每一个所述子区间的加速度an对全部所述子区间加载环境参数包括：针对每一个所述子区间，设置瞬态传热的求解参数。5.根据权利要求1～3任意一项所述的仿真计算方法，其特征在于，所述将加载环境参数后的全部所述子区间进行连续仿真计算，得到制动盘在不同时刻下的温度值之后包括：绘制制动盘在不同时刻下的最大温度值随时间的变化曲线。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋廉华，邹伟，艾正武，刘德学，曾春军，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43