制动带-摩擦片摩擦接触的数值仿真

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1、制动带-摩擦片摩擦接触的数值仿真SHIPENGINEERING船舶工程Vol.30No.32008总第30卷，2008年第3期周勇，向阳，胡甫才（武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063）摘要：以某超级油轮的锚机带式制动器为研究对象，建立了制动带、沉头螺钉和摩擦片的三维实体模型，并应用大型非线性有限元分析软件MSC.Marc对制动带和摩擦片之间的摩擦接触进行仿真分析，得出其应力分布云图及摩擦制动时制动带与摩擦片的表面温度分析规律，从而为带式制动器的设计提供可靠的依据.关键词：船舶辅助机械；带式制动器；有限元分

2、析；摩擦接触；应力场；温度场中图分类号：U664.5文献标识码：A文章编号：1000-6982(2008)03-0033-04Numericalsimulationonthefrictionalcontactproblemsofbrakeband-frictionflakeZHOUYong,XIANGYang,HUFu-cai(SchoolofEnergyandPowerEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)Abstract:Regardt

3、hebandbrakeofVLCCastheresearchobject.The3D-modelofthebrakeband,countersunkheadboltandFrictionFlakeisestablished,andthefrictionalcontactproblemofbrakebandandfrictionflakewasanalyzedwiththelarge-scalenonlinearfiniteelementanalysissoftwareMSC.Marc.Thestressdistrib

4、utionofthebandbrakeandthedistributingrulesofsurfacetemperatureofbrakebandandfrictionflakeareacquired.Allthesewillprovidereliablewarrantsforthedesignofbandbrake.Keywords:marineauxiliarymachinery;bandbrake;FEA;frictionalcontact;stressfield;temperaturefield0引言锚机是船

5、舶配套机械的重要组成部分，随着船舶吨位的增加，这些设备也朝大型化方向发展，承受的载荷也越来越大，对其可靠性的要求也越来越高.而锚机带式制动器的制动带与摩擦片的摩擦表面接触温度及温度梯度集中反映了载荷、速度、摩擦系数、材料的热物理特性及耐久性、摩擦部件的设计尺寸和工作环境等因素的影响.因此，有必要深入研究制动过程中带式制动器的应力场、温度场分布状况及特点，完善其设计方法，提高产品的竞争力.国内对带式制动器的研究大都停留在理论分析[1]仅对制动带与摩擦片间的接触问题进行分析，而将摩擦片与锚链轮间的摩擦力及所产生的摩擦热作

6、为边界条件输入，并运用大型通用非线性有限元分析软件MSC.Marc对制动带与摩擦片的摩擦接触进行最恶劣工况下的数值仿真，这对于带式制动器的优化设计具有指导意义.ZYX固定端自由端和设计[2]方面，对其摩擦接触的数值仿真的报道还很少.本文以某超级油轮的锚机带式制动器为研究对象，其结构采用内敷摩擦片的制动带，其中制动带与摩擦片通过沉头螺钉连接在一起（见图1）.为简化问题，收稿日期：2007-04-02；修回日期：2007-09-18项目性质：受“?117链径锚机分析与测试”项目资助图1制动上带-上带摩擦片几何模型作者简介

7、：周勇（1982-），男，硕士研究生，主要研究方向为结构有限元分析.—33—1制动带-摩擦片摩擦接触的机械应力分析1.1制动带-摩擦片三维实体建模应用CAD软件SolidWorks创建制动带及摩擦片的三维实体模型.考虑到接触分析及节约计算资源，本文分析对象仅由制动上带及上带上带摩擦片组成，如图1所示.1.2制动带-摩擦片有限元模型1.2.1材料物性参数对制动带定义各向同性的焊接结构用钢SM490YB，弹性模量E=206GPa，泊松比?=0.3，密度??=7800kg/m3；对摩擦片定义各向同性的无石棉有机摩擦衬片，弹

8、性模量E=120GPa，泊松比?=0.3，密度?=1450kg/m3；对沉头螺钉定义各向同性的黄铜H62，弹性模量E=05GPa，泊松比?=0.346，密度?=8430kg/m3.1.2.2载荷及边界条件上带摩擦片受到的外力为锚链轮施加在其内表面的压力及摩擦力，制动上带受到的外力为制动下带作用在销钉孔的拉力.依据带式制动器实际情况，对制动上带固