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Bremsscheibe_mit_DISP.png Bremsscheibe_ohne_DISP.png Bremsscheibe.zip

Hallo allerseits,

das ist mein erster Beitrag und schon belästige ich euch mit einem Problem 

Ich muss für ein Projekt in meinem Studium eine thermische Auslegung einer Bremsscheibe machen. Dabei wird eine Coupled-Temperature-Displacement Analyse durchgeführt: zwei Bremsklötze werden auf eine sich drehende Bremsscheibe gedrückt. Durch die Reibung in der Kontaktfläche wird Wärme erzeugt. Die Rotation erfolgt über eine Randbedingung.

Über die Subroutine DISP wird die Rotation in Abhängigkeit der Zeit verändert. Dies funktioniert auch bis zu dem Punkt, bis sich die Bremsscheibe einmal gedreht hat, oder genauer, bis der Bereich, der von den Bremsklötzen erwärmt wurde, wieder bei den Bremsklötzen angelangt ist. Dann bekomme ich die Fehlermeldung 'DISPLACEMENT INCREMENT FOR CONTACT IS TOO BIG'. Dies geschieht auch, wenn die Rotationsgeschwindigkeit über die Subroutine konstant ist und sich nicht verändert.

Komischerweise funktioniert die Berechnung, wenn die Subroutine DISP nicht verwendet wird und eine konstante Anfangs-Rotationsgeschwindigkeit eingestellt ist.

Was auch seltsam ist, dass Increment 95 und 96 den gleichen Zeitstempel haben (sie zip-file .sta).

Ich habe jetzt schon vier Tage versucht das Problem zu lösen, aber komme auf keinen grünen Zweit. Ich hoffe ihr könnt mir helfen, die Fehler zu beseitigen, damit ich die DISP Subroutine verwenden kann, da es so in meiner Aufgabenstellung verlangt wird....

Liebe Grüßle

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Die Berechnung schlägt sogar fehl, wenn ich nicht mal Werte für U(1) in der DISP Subroutine zurückschreibe.

Hat jemand eine Idee, warum die Berechnung allein durch das Hinzufügen der Subroutine nicht mehr geht? Ich würde doch erwarten, dass sich durch das alleinige Aufrufen von DISP nichts an der eigentlichen Berechnung ändert?

Vielleicht habe ich die Bremsscheibe falsch eingebunden? Sie ist über ein Coupling-Contraint an zwei Referenzpunkte gekoppelt. Diese Referenzpunkte werden über eine Boundary-Condtion (Angular velocity) in Rotation versetzt.
Zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe ist ein Surface-to-surface Kontakt definiert. Die Bremsscheibe ist der Master; die Bremsklötze die Slaves. Der Kontakt hat folgende Einstellungen:
Tangetial Behavior: Penalty, Friction 0.3
Normal Brhavior: Hard Contact
Thermal Conductance und Heat Generation

Fällt hier vielleicht jemandem ein Fehler auf?

Was geschieht denn, wenn sich die Scheibe um 360° gedreht hat? Da ich ja nur eine Winkelgeschwindigkeit vorgebe und nicht den Winkel selbst, dürfte es doch keine Probleme mit mehreren Rotationen geben...

Ich hoffe sehr ihr könnt mir weiterhelfen, denn es ist sehr frustrierend so lange an ein und dem selben Fehler zu hocken.

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temp_over_time.png friction_energy_over_time.png external_work_over_time.png

Ok habe den Fehler gefunden 

Es lag an dem Coupling Constraint. Ich hatte lediglich die Knotenpunkte auf dem inneren Kreisausschnitt dem Referenzpunkt auf der Rotationsachse zugewiesen; es müssen aber alle Knotenpunkte, die auf der Scheibe liegen und mitdrehen, zugeteilt werden.
Außerdem habe ich bei Step die 'extrapolation=NO' setzen müssen.

Jetzt funktioniert die Simulation...eigentlich denn ich stehe schon wieder vor dem nächsten Problem:
Über die Subroutine DISP und URDFIL wird die Energie, die aufgrund der Reibung entsteht, einer Anfangsenergie (groß) abgezogen und über die Differenz wird die neue Winkelgeschwindigkeit berechnet. Diese wird dann für den nächsten Inkrementschritt verwendet. Am Anfang ist die Winkelgeschwindigkeit etwa 100 [rad/s]. Ab ungefähr der Hälfte, also ca 50 [rad/s] steigt die Energie und die Temperatur der Reibfläche unerklärlich stark an, was eine hohe Verringerung der Winkelgeschwindigkeit nach sich zieht und die Rotation relativ schnell zum Stillstand kommt. Kann sich jemand erklären, woher dieser Anstieg kommt?

Die Diagramme beschreiben die Messwerte an den Elementen der Bremsbacken,die Kontakt mit der Bremsscheibe haben.

Zuerst habe ich gedacht, das Materialverhalten sei Schuld daran, aber nach Reduzierung der Anpressspannung, die auf die Bremsklötze wirkt, tritt das gleiche Verhalten auf.

Mein zweiter Gedanke war, dass es an meiner Berechnung liegen könnte. Hierzu wird die Reibenergie ALLFD verwendet. Diese beinhaltet die erzeugte Energie für das gesamte Modell, richtig? Die Formel für die Winkelgeschwindigkeit ergibt sich zu w_act=sqrt(2*(Anfangsenergie-ALLFD)/m_F)/r_dyn wobei m_F eine Fahrzeugmasse ist und r_dyn der dynamische Radhalbmesser eines Reifens. Anschließend wird w_act noch mit der Inkrementzeit TIME(1) multipliziert.

Mein letzter Gedanke ist der, dass es vielleicht Probleme beim Auslesen von ALLFD gibt. Die Energie wird ja in das Ergebnisfile (*.fil) gespeichert nachdem DISP schon aufgerufen wurde; also wird für den aktuellen Inkrementschritt die erzeugte Energie des vorangegangenen Inkrementschritts verwenden. Könnte es sein, dass die Berechnung damit instabil wird und das System anfängt zu schwingen???

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scherspannung1_over_time.png scherspannung2_over_time.png scherspannung12_over_time.png

und hier noch die Scherspannung in der Kontaktfläche.

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