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基于Matlab的油膜温度场有限元分析

发布于:2020-09-12 18:57
有限元分析

       液体蠕性传动是基于牛顿内摩擦定律,利用液体的蠕性或油膜的剪切作用来传递动力。该技术是继液压、液力传动之后第3种以液体为工作介质的传动技术,是液体蠕性调速离合器、液体蠕性软起动及软制动装置的技术核心。液体蠕性传动摩擦片间油膜压力场分布的研究是液体蠕性传动设计及其控制策略制定的基础,对传动效果有直接的影响。用有限元分析方法求解温度场计算相当复杂。本文将先容如何利用MATLAB的矩阵计算功能和PDE Toolbox中的函数进行油膜温度场的有限元分析。
       这里的边界条件为本质边界条件,润滑油从内边界流入,外边界流出, ab边流出。保持流入润滑油温度为30°,外边界的边界条件确定比较复杂,由于本文只是研究油膜温度场分布规律,可假定外边界温度为60°这种假定对研究结果并不会产生很大影响,这一点从后面的计算结果可以看出。
       在有限元分析方面,Matlab除了以其强大的矩阵计算功能在有限元方程求解方面提供方便外,PDE Toolbox工具箱中的函数为有限元分析的前处理及后处理也提供了极大的方便。摩擦片表面由于具有形状复杂的沟槽,为有限元网格划分带来了极大的困难,因为在求解有限元方程时沟槽中油膜厚度与其他地方油膜厚度不同,必须加上沟槽深度,这就要求在划分有限元网格时就必须考虑这一因素。这一要求用手工编程来实现非常困难,但是利用PDE Toolbox工具箱中的分解几何矩阵功能,可以很轻松地解决这一问题。另外PDE Toolbox工具箱中丰富的绘图函数,为有限元分析结果的数据处理带来了方便,分析结果可以很轻松地以三维或二维形式输出,方便后续的分析。
       以某液体蠕性调速实验装置摩擦片为例,该摩擦片为纸基摩擦片,表面沟槽形式为径向槽,为了便于实验检测,表面沟槽仅为一纵一横2条通槽。
       可以得到网格划分结果图(图略)、三维温度场分布图(图略)。由三维温度场分布图可以看出沿周向温度场呈周期性分布,在沟槽处温度出现变化,总体趋势为低于非沟槽处温度。由径向温度分布变化图(图略)可见沿径向从内到外温度呈上升趋势,图中波折线是由于网格划分的缘故,进一步细化网格可缓解此种现象,还可以看出前面确定的外边界条件对计算结果影响甚微。
       (1)借助于Matlab进行油膜温度场的有限元分析,可以轻松地实现问题的求解,不仅可以节约大量的时间,而且求解结果准确,可以以多种形式输出,方便于后续的分析。
       (2)由于润滑油的冷却作用,温度场的变化数值比较小,不会产生大的热量使摩擦片变形。但实验表明在处于混合摩擦和边界摩擦时会产生大量的热,对摩擦片变形及传动效果有较大影响。


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