ハイドロビスカスクラッチの摩擦板のパラメトリック最適化設計法

この研究は、水血管スクラッチの設計摩擦ペースに焦点を当てました。油膜温度を下げながら、高いタック透過率を目指します。私たちの研究では、フリクションプレート構造設計のためのフロントアッセイと応答面方法論を組み合わせた最適化法を開発しました。

この方法はさまざまな設定の摩擦板に適用でき、多用途性と効率性を提供します。まず、ワークベンチワークステーションを開き、ツールボックス、コンポーネントシステム、およびジオメトリからジオメトリをプロジェクト回路図領域にドラッグします。ジオメトリを右クリックし、[ジオメトリ モデルのインポート] を選択して完成したモデルをインポートし、スペース クレーム内のジオメトリ モデルをクリックして編集します。

スペース要求ツールバーで、[修復]をクリックし、追加のエッジと分割エッジを選択して修復を完了し、影響を受ける分割線をマージします。次に、選択でデザインと選択をクリックします。モデルの内面を選択し、グループ内の[NSを作成]をクリックして、入口に名前を付けます。

同じプロセスを使用して、外側のサーフェスをクリックして、アウトレットという名前を付けます。次に、滑らかな下壁面をクリックし、油膜が受動摩擦パッドに接触する壁面として B という名前を付けます。名前のないサーフェスをすべて選択し、油膜がアクティブな摩擦パッドに接触する回転壁サーフェスとして Z という名前を付けます。

次に、スペース要求を終了し、ファイルを保存してモデルの前処理を完了します。ワークベンチワークステーションで、ツールボックスコンポーネントシステムからfluentをドラッグし、ジオメトリが追加されたプロジェクト回路図領域にfluentをドラッグします。ジオメトリをクリックし、Fluent プロジェクトのメッシュにマウスをドラッグして、そのメッシュモジュールをジオメトリの上流データにリンクします。

ダブルクリックしてメッシュを開き、メッシュの分割用の水密ジオメトリを選択し、ワークフローのステップバイステップに従ってジオメトリ モデルをインポートし、ローカル サイズ変更を追加します。[サーフェスメッシュの生成]をクリックします。最小サイズを 0.3 ミリメートル、最大サイズを 8 ミリメートル、曲率ノルム角を 10 に設定します。

これらのパラメータを設定したら、サーフェスメッシュの生成をクリックします。生成されたサーフェスメッシュを右クリックし、改善されたサーフェスメッシュ品質の挿入を選択して、サーフェスメッシュの品質を確認します。最小メッシュ品質を 0.7 に設定し、[OK] をクリックして改善を完了します。

[ジオメトリ モデルの説明]をクリックします。ギャップのない流体領域のみで構成されるジオメトリモデルを選択し、他のオプションを順番にデフォルトのままにします。[ジオメトリ構造の説明]をクリックし、[領域タイプ設定を更新]をクリックし、既定の設定を維持してプロセスを完了します。

[境界レイヤーを追加]をクリックし、レイヤーの数として 3 つを選択し、その他の設定は既定値のままにします。ボリュームメッシュの生成をクリックし、改善されたボリュームメッシュ品質を挿入して、その品質が0.12を超えるようにします。メッシュを生成したら、[ソリューションに切り替え]をクリックし、メッシュの分割と解析モジュールへのインポートが完了するまで待ちます。

メッシュパーティショニングからソルバーモードに切り替えます。メッシュの読み込みが完了したら、一般メニューのチェックをクリックして有限要素モデルの有効性を検証し、メッシュに負の体積があるかどうかを確認します。モデル設定でエネルギー方程式を開きます。

粘性モデル設定インターフェイスに入ります。層流モデルを選択し、粘性加熱オプションを有効にします。提供された 2 つの材料の特性に応じて材料パラメータを変更し、空気という名前の液体材料とアルミニウムという名前の固体材料を調整します。

[境界条件] をクリックします。Zという名前のアクティブな摩擦パッド壁面を選択します。運動量設定をクリックし、Y軸を中心に毎秒100ラジアンで回転する壁面として設定し、滑りなしの条件にします。[境界条件] をクリックします。

B という名前の受動摩擦パッド壁面を選択します。運動量設定をクリックし、滑りのない静止した壁面として設定します。システム結合によるエネルギー伝達関連の境界条件を設定します。次に、出口を選択して出口境界条件を設定し、ゲージ圧がゼロの圧力出口に設定します。

入口境界条件を設定するには、入口を選択し、流速が毎秒1メートル、入口温度が摂氏30度の速度入口に設定します。ソリューション設定をクリックします。解法のsimplecアルゴリズムを選択します。

運動量とエネルギーの風上1次形式を選択し、残差値をデフォルトのままにします。初期温度を摂氏26度、圧力をゼロパスカル、X、Y、Z方向の速度をゼロにして、初期瞬間の計算領域の状態を設定します。反復回数を 300 に設定します。

[計算] をクリックし、結果を待ちます。計算が完了したら、[結果]をクリックし、続いてレポートとフラックスをクリックします。質量流量とフラックスを選択し、入口と出口の値をチェックして、誤差が0.1%未満であることを確認します結果をクリックし、続いてレポートと力をクリックし、壁面BのY軸周りのトルクを選択し、粘性値を油膜からの純粋なトルクとして解釈して結果を分析します。

次に、流体流量計算モジュールを終了します。ツールボックスのコンポーネントシステムから結果をプロジェクトの回路図にドラッグし、シミュレーションが完了します。次に、ソリューションを結果モジュールにリンクします。

結果を入力し、電卓をクリックし、油膜の平均温度を解く関数電卓を選択し、計算をクリックして結果を取得します。デザインエキスパートソフトウェアで、新しいデザインをクリックします。応答曲面で、ボックス Ben Ken を選択して、3 因子、2 レベルの最適化モデルを確立します。

数値係数をクリックして、摩擦パッド内の半径方向のオイル溝の数、溝の深さ、およびオイル溝の円弧長の3つの係数を選択します。次に、対応する表に入力します。3つの影響因子の分析から得られた高レベルと低レベルの値を対応するテーブルに入力します。

ブロックあたりの中心点を 5 に設定し、次のステップをクリックして応答変数を 2 に変更し、油膜によって伝達されるトルクと油膜の平均温度です。[完了] をクリックして、17 セットのランダム サンプル ポイントを生成します。シミュレーション解析プロセスを繰り返して、再結合後の油膜の伝達トルクと平均温度を取得します。

3つの影響の組み合わせの予測変数A、B、Cをシミュレーション結果とマージして、新しい変数テーブルを作成します。次に、モデル内のプロセス順序に 2 次を選択します。モデルタイプに多項式を選択し、その他の設定はデフォルトのままにします。

応答曲面モデルを確立したら、トルクと平均温度の両方を計算します。バリアントの分析をクリックし、適合統計の R 2 乗精度と adec 精度値を分析してモデルの誤差分析を実行し、標準への準拠を検証します。最適化をクリックし、次に数値と基準をクリックし、3つの影響要因の範囲を変更しません。

次に、解をクリックして、近似値の最大トルクと最小平均温度を見つけます。さまざまな配列の結果を計算し、組み合わせ 1 にモデルの最適解としてラベルを付けます。モデリングとシミュレーションのプロセスにより、油膜の温度と伝達トルクに大きく影響する摩擦板の溝パラメータが特定され、最適化されました。

伝達トルクはラジアルオイル溝の数が増えると減少しますが、それに応じて平均油膜温度は低下します。同様に、溝の深さ、放射状の溝の円弧長、および円周方向の油溝の数を増やすと、伝達トルクも同様に減少し、平均油膜温度がさまざまな程度に著しく低下しました。3 つの代表的な溝構造により、異なる油膜温度分布が生成され、外輪の高温ゾーンに顕著な違いがありました。

平均油膜温度とトルクの応答面モデルは、予測値と実際の値の間に良好な整合性を示しました。半径方向の溝数と溝の深さの相互作用は、トルク応答のための傾斜面を生成しましたが、溝の深さと円弧長の相互作用は、より急な勾配を示しました。放射状の溝数と溝の深さの相互作用により、平均油膜温度に緩やかな勾配が生じ、溝の深さと円弧長の相互作用により、よりシャープな色の変化が生じました。