汽车刹车有盘刹（如图15-46所示）和鼓刹，因为盘刹较鼓刹的散热好，在高速制动状态下，不容易产生热衰退，所以其高速制动效果好。但在低速冷闸时，制动效果不如鼓刹，且价格比鼓刹贵。所以很多中高级轿车采用全盘刹，而普通轿车采用前盘后鼓，而相对低速，且需要制动力大的卡车、巴士，仍采用鼓刹。
图15-46所示的刹车盘，材料为钢，外径为135mm，内径为90mm，厚度为6mm。盘片基座上的圆环外径为135mm，内径为100mm，厚度为2mm，材料为钢。盘片为树脂加强的复合，可以用来提高摩擦效果，外径为133mm，内径为101.5mm，厚度为10mm，圆心角为30°。摩擦系数和材料性能随温度变化，见表15-2与表15-3。
图15-46 刹车盘
表15-2 材料温度与摩擦系数的关系
表15-3 材料弹性模量与热膨胀系数
考虑刹车盘与刹车片之间的摩擦生热现象以及热传导过程，并且分析由于热产生的应力，在分析过程中刹车盘与刹车片存在着接触摩擦关系，所以需定义两个分析步：第一个分析步中对刹车片施加压力，使刹车片与刹车盘建立稳定的接触关系；在第二个分析步中使用刹车盘旋转60°。
两个分析步均使用动力学显式热应力耦合分析步。单元类型选择热应力耦合单元C3D8RT。
（1）创建部件。
进入“部件”模块，单击
按钮创建部件。如图15-47所示，创建的是拉伸三维可变形实体，“大约尺寸”为“0.25”，单击“继续”进入草图，绘制图15-48所示的草图。
图15-47 “创建部件”对话框
图15-48 草图
连续单击中键，直到弹出图15-49所示的“编辑基本拉伸”对话框，输入“深度”为“0.003”，单击“确定”，完成Dowm-disk部件如图15-50所示。
图15-49 “编辑基本拉伸”对话框
图15-50 Down-disk部件
重复上述操作，创建另外两个部件。图15-51所示的Pad部件草图拉伸0.01得到图15-52所示的Pad部件。
图15-51 Pad部件草图
图15-52 Pad部件
图15-53所示的Up-disk部件草图拉伸0.002得到图15-54所示的Up-disk部件。
图15-53 Up-disk部件草图
图15-54 Up-disk部件
（2）进入“装配”模块，将部件实例化如图15-55所示，部件之间发生干涉。使用
按钮，将部件之间相对位置调整为图15-56所示。
图15-55 实例化
图15-56 调整后相对位置
选中Down-disk与Up-disk部件，单击
按钮，弹出图15-57所示的“合并/切割实体”对话框，选择保持原边界，单击“创建”，生成一个新的部件，得到图15-58所示的新部件。
本例在编写关键字时，直接以实例形式创建。部件代码块中的命令如下。
图15-57 “合并/切割实体”对话框
图15-58 新部件
（3）进入“属性”模块，开始定义材料属性。单击
按钮，在图15-59所示的“编辑材料”对话框中创建一个材料属性，定义传导率、密度、弹性、膨胀与比热这几个参数。图15-60所示为pad-mat材料的传导率设置。
图15-59 创建pad-mat材料
图15-60 传导率设置
图15-61所示为弹性设置，图15-62所示为膨胀设置。两个参数都是与温度相关的参数。
图15-61 温度相关的弹性参数设置
图15-62 膨胀系数设置
图15-63所示为密度设置，图15-64为比热设置。注意这两者是与温度无关的参数。在此提醒，与温度相关是指这个参数本身随温度发生改变，比热是热力学参数，但其值不随温度发生改变，故在此与温度无关，请勿混淆。
图15-63 密度设置
图15-64 比热设置
材料的创建使用命令更为方便，相应的命令如下。
再次单击
按钮，在图15-65所示的对话框中创建steel材料属性。定义传导率、密度、弹性、膨胀与比热这几个参数。图15-66所示为steel材料的传导率设置。
图15-65 创建steel材料
图15-66 传导率设置
图15-67所示为弹性设置，图15-68所示为膨胀设置。
图15-67 弹性参数设置
图15-68 膨胀系数设置
图15-69所示为密度设置，图15-70为比热设置。
图15-69 密度设置
图15-70 比热设置
如下所示为Steel材料设置的命令。Steel材料也是与温度相关的材料，每个参数逐次定义即可。
完成两个材料的创建后，再分别定义两个均质实体截面，对应这两个材料，最后单击
按钮将截面指派。Steel材料对应的截面指派给Disk部件，pad-mat材料对应的截面指派给Pad部件。这一过程在前文中已多次介绍，不再赘述。
与界面操作不同的是，在本例的命令中，是在装配中进行如下截面的定义的。
（4）进入“分析步”模块，单击
按钮，弹出图15-71所示的“创建分析步”对话框，创建一个通用的显式的、温度-位移动力分析步，命名为“Apply-Pressure”。
单击“继续”，弹出图15-72所示的“编辑分析步”对话框。修改时间长度如图15-72所示。
图15-71 “创建分析步”对话框
图15-72 “编辑分析步”对话框
参考上述操作，再创建一个同一类型的分析步，名为“Rotation”，“时间长度”为“0.015”，其他默认即可，单击“确定”完成。
可以使用命令直接创建分析步，更为方便。
（5）回到“装配”模块，在开始创建相互作用与加载前，需要定义一系列集。执行“工具→集→创建”命令，在视图区中拾取图15-73所示的区域，将其几何特征创建为一个名为“DiskUpSurf”的集。
图15-73 DiskUpSurf集
执行“工具→表面→创建”命令，拾取图15-74所示的区域，创建一个名为“Surf-disk”的表面。重复操作，创建图15-75所示的“Surf-pad”表面
图15-74 Surf-disk表面
图15-75 Surf-pad表面
使用命令创建表面时，方式如下。
这样就创建了两个表面，使用NSET与ELSET命令可以用于创建集，格式如下。
（6）进入“相互作用”模块，开始定义相互作用。
单击
按钮，创建一个包含图15-76所示的多个参数的接触相互作用属性，按图15-77进行接触的切向行为设置。
图15-76 “编辑接触属性”对话框
图15-77 切向行为设置
图15-78所示为热传导的设置，图15-79所示为生热的设置。
图15-78 热传导设置
图15-79 生热设置
使用如下命令也可以进行定义相互作用属性，且更为简洁。
单击
按钮，弹出图15-80所示的“创建相互作用”对话框，选择“表面与表面接触（Explicit）”，单击“继续”。弹出“编辑相互作用”对话框。
在图15-81所示的“编辑相互作用”对话框中选择主表面与从表面，选择上一次创建的相互作用属性。单击“确定”退出完成编辑。
或者将如下所示的命令插入到相应的分析步中。
图15-80 “创建相互作用”对话框(www.xing528.com)
图15-81 “编辑相互作用”对话框
再创建一个表面热交换条件类型的相互作用，在图15-82所示的“编辑相互作用”对话框中选择作用的“表面”为Surf-disk集，单击“环境温度的幅值”右边的
按钮。
在弹出的“创建幅值”对话框中选择“表”，单击“继续”，弹出图15-83所示的“编辑幅值”对话框，设置见图15-83。
图15-82 “编辑相互作用”对话框
图15-83 “编辑幅值”对话框
在“关键字编辑器”中，以下命令应放置于STEP块之前。
完成设置后单击“确定”。
单击
按钮，创建一个刚体约束，单击“继续”，弹出图15-84所示的“编辑约束”对话框，选择“铰接”，在视图区中拾取图15-85所示的部件分区，单击中键完成。
图15-84 “编辑约束”对话框
图15-85 约束部分
刚体约束的关键字应当在进入分析步之前就开始定义。
（7）接下来开始加载。进入“载荷”模块。单击
按钮，创建一个压强载荷，选择Pad部件的上表面作为加载面，单击中键，弹出图15-86所示的“编辑载荷”对话框。
输入大小，幅值选择“RAMP”，单击“确定”。
以下命令即代表了对话框中的设置。
图15-86 “编辑载荷”对话框
单击
按钮创建三个边位移/转角类型的边界条件，均选择“Apply-Pressure”分析步。以下为三个边界条件在各分析步的设置状态。
■BC-Diskback
如图15-87所示，BC-Diskback在“Apply-Pressure”分析步中约束图15-88所示的区域的U3方向平移自由度。
图15-87 “编辑边界条件”对话框
图15-88 约束部分
使用命令通常更为简洁明了。
■BC-PadUp
如图15-89所示，BC-PadUp在“Apply-Pressure”分析步中约束图15-90所示的区域的U1、U2方向平移自由度。
图15-89 “编辑边界条件”对话框
图15-90 约束部分
使用命令通常更为简洁明了。
■BC-RP-1
如图15-91所示，BC-RP-1在“Apply-Pressure”分析步中约束图15-92所示的参考点的所有方向自由度。
图15-91 “编辑边界条件”对话框
图15-92 约束部分
使用命令通常更为简洁明了。
单击
右侧的
按钮，弹出图15-93所示的“边界条件管理器”对话框，选择“Rotation”分析步下的“BC-RP-1”边界，单击“编辑”，弹出图15-94所示的“编辑边界条件”对话框，设置如图15-94所示。
图15-93 “边界条件管理器”对话框
图15-94 “编辑边界条件”对话框
单击图15-94所示的“编辑边界条件”对话框中“幅值”右侧的
，在图15-95所示的“编辑幅值”对话框中编辑幅值。
Rotation分析步的边界条件设置命令如下。
图15-95 “编辑幅值”对话框
（8）完成加载后，进入“网格划分”模块。
单击
按钮，拾取Disk部件的所有圆弧，单击中键弹出图15-96所示的“局部种子”对话框。设置“单元数”为“20”，单击“确定”。还是采用上述操作，将Pad部件的所有圆弧定义为4个单元、径向直线4个单元、轴向3个单元。完成布种应如图15-97所示。
图15-96 “局部种子”对话框
图15-97 种子
单击
按钮，在图15-98所示的“单元类型”对话框中选择C3D8RT（八结点热耦合六面体单元，三向线性位移，三向线性温度，减缩积分，沙漏控制）单元。单击
按钮，完成划分的网格如图15-99所示。
图15-98 “单元类型”对话框
图15-99 网格划分
（9）进入“作业”模块，创建一个作业，定义好并行计算设置即可以开始计算。
本例为读者提供完整INP代码，以供读者参考，详见光盘。
（10）完成计算后即可进行后处理。进入“可视化”模块。在
工具中选择“主应力符号”，显示第一个分析步的加载过程，如图15-100所示，图15-101所示为INC=4时的应力符号。
图15-100 STEP1，INC=1时的应力符号
图15-101 STEP1，INC=4时的应力符号
图15-102所示为INC=18时的应力符号，图15-103为INC=20时的应力符号。
图15-102 STEP1，INC=18时的应力符号
图15-103 STEP1，INC=20时的应力符号
开始施加旋转，进入“Rotation”分析步，图15-104所示为开始旋转，STEP=2、INC=1时应力符号，图15-105为INC=8时的应力符号。
图15-104 STEP2，INC=1时的应力符号
图15-105 STEP2，INC=8时的应力符号
图15-106所示为INC=18时的应力符号，图15-107为INC=20时的应力符号。
图15-106 STEP2，INC=18时的应力符号
图15-107 STEP2，INC=20时的应力符号
在工具栏中的
选择“主变量→应力分量→Mises应力”，在视图区中显示给Pad部件施加压力时的云图如图15-108所示，图15-109所示为INC=4时的应力云图。
图15-108 STEP1，INC=1时的应力云图
图15-109 STEP1，INC=4时的应力云图
图15-110所示为INC=10时的应力云图，图15-111所示为INC=17时的应力云图。
图15-110 STEP1，INC=10时的应力云图
图15-111 STEP1，INC=17时的应力云图
进入“Rotation”分析步，图15-112所示为STEP2、INC=1时的应力云图，图15-113所示为INC=9时的应力云图。
图15-112 STEP2，INC=1时的应力云图
图15-113 STEP2，INC=9时的应力云图
图15-114所示为INC=19时的应力云图。图15-115所示为INC=20时的应力云图。
图15-114 STEP2，INC=19时的应力云图
图15-115 STEP2，INC=20时的应力云图
在
中选择主变量为NT11，即结点温度，显示在“Applly-pressure”分析步中的温度云图如图15-116所示。整个“Applly-pressure”分析步温度分布都如图15-116所示。
进入“Rotation”分析步，INC=5时温度分布如图15-117所示。
图15-116 STEP1，INC=20时的温度云图
图15-117 STEP2，INC=5时的温度云图
INC=15时温度分布如图15-118所示。INC=20时的温度分布如图15-119所示。
图15-118 STEP2，INC=15时的温度云图
图15-119 STEP2，INC=20时的温度云图
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