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对于有限元仿真研究分析系统，国外早在上世纪60年代初就已经投入了很多的时间和物力资源进行研发有限元分析软件，但是直到上世纪70年代初期真正的有限元CAE软件才研发成功，而近几十年有限元软件普遍化，CAE有限元软件研发商为了使CAE能够商品化和与计算机硬、软件技术飞快的发展相适应，在加大力度推销其软件产品优势的同时，使有限元的功能更加齐全、使用更加方便，对人机交换界面和前、后分析处理能力、可视化模块，都进行了大力度的优化与补充。如今市场上盛行的有限元分析软件主要包括ABAQUS、 ADINA 、MAGSOFT、ANSYS、MARC等，MSC-NASTRAN是目为前国际上规模最大的CAE仿真分析系统。而在我国CAE仿真研究还比较少，仿真分析技术并不成熟，但因计算机的普遍化和国外有限元软件的引入，现也有很多的学者开始利用有限元软件进行仿真分析，哈尔滨理工大学盆洪民利用高速硬态切削淬硬钢的特征，有限元软件MSC.marc和ABAQUS的交替使用，创建适合于硬态切削的二文平面的应变模型[5]。大连理工大学于贻鹏用商有限元软件DEFORM对切削金属过程进行仿真研究分析[6]。30845
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有限元在制动系统中的研究
对于制动系统的仿真分析，热分析还处于初始时期，因为温度决定结构的热力学性能，在制动过程中，制动盘温度可以上升到几百摄氏度，温度梯度也会升高，这就会产生热应力和变形，这种影响会由外观变形和裂缝加快出现而表现出来[7,8]。那么精确地确定的制动盘的温度场显的非常重要。在停车制动过程中，制动盘的温度是不稳定的，一直变化的，一个瞬态分析是必要的。对于检验温度梯度也是必须的，因此就需要有限元仿真分析。热负荷由热通量通过制动闸片进入到制动盘中，紧急制动时在制动盘与制动闸片接触处产生大量的热，而且在相对滑动过程中，闸片会持续不断地加热，最终一定会导致制动盘转动区域的温度分布不均匀[9]。在制动时，因摩擦热的产生制动盘温度会迅速升高，导致制动性能下降，利用CAE方法对高速动车组制动盘的温度场和应力场的分布情况进行模拟仿真研究[10]。利用盘行制动盘的制动理论和传热学理论，得到温度场和应力场CAE分析中的最高温度分布、最大应力分布、制动过程和仿真结果，对比蠕铁、25Cr2M01V和35CrMo 3种制动盘材料在制动盘构造相同、制动工况相同条件下的仿真分析结果，分析热应力对制动盘的影响，为制动盘的结构设计和改进提供了参考。列车制动过程中，制动盘的温度由于摩擦热可以从环境温度迅速上升到几百摄氏度，列车摩擦副将因受热膨胀产生内热应力[11]。当热应力大小大于制动盘材料的屈服极限时，易出现热裂纹最终造成制动盘制动失效[12]。采用CAE分析方法对制动盘在制动过程中的瞬态温度场与应力场分布情况进行仿真分析，着重分析了瞬态温升对制动盘结构强度的影响，为制动盘的构造改进设计提供参考[11]。采用有限元分析方法对客车制动盘进行了热应力分析，分析制动盘制动过程中盘体的瞬态温度变化和分布以及盘体的热应力分布情况。同时比较列车制动盘材料的导热率 、比热容 和线膨胀系数 等在不同制动工况下得到的仿真结果，给制动盘构造设计和制动盘材料的研发提供依据[13]。随着CAE分析技术的改进优化，利用有限元软件ANSYS10.0建立高速动车组制动盘和闸片的三文有限元模型，通过介绍制动盘的材质、结构和使用情况，分析模型建立的边界条件，改变制动初速度、减速度和载重条件，对制动盘的瞬态温度场分布和热应力进行仿真分析。得出在一定条件下，制动盘温度和热应力分布情况，并根据制动盘的极限温度和最大应力分布分析其制动性能[14]。由于通过实验室实验方法很难获得制动盘瞬态温度场和应力场，随着有限元技术的快速发展．采用有限元软件对制动盘进行仿真研究成为主要手段。论文网