Attività 5: Risolvere l'analisi e visualizzare i risultati

In questa attività, l'utente eseguirà l'analisi ed esaminerà i risultati relativi a fattori di sicurezza, sollecitazione, spostamento, flusso termico e gradiente termico. Questi risultati verranno utilizzati per effettuare le seguenti operazioni

• Determinare se il rotore freno cederà sotto i carichi applicati

• Identificare le aree di sollecitazione massima

• Osservare le diverse opzioni di transizione di colore nel risultato

• Spiegare la posizione della sollecitazione massima

• Spiegare la distribuzione della temperatura

• Animare il risultato dello spostamento per osservare il cambiamento del rotore con l'uso.

  

  Rotore del freno pronto per l'analisi (a sinistra). Modello di rotore freno che mostra i risultati del fattore di sicurezza (destra).

Prerequisiti

• Attività 4 completata.

Passaggi

1. Risolvere lo studio.

   1. Fare clic su (area di lavoro Simulazione > scheda Setup > gruppo Risolvi > Risolvi) per aprire la finestra di dialogo Risolvi.
   2. Fare clic su Risolvi per avviare l'analisi e chiudere la finestra di dialogo Risolvi.
   3. Al termine dell'analisi, fare clic su Chiudi per chiudere la finestra di dialogo Stato processo.

      Viene aperta automaticamente la scheda Risultati contenente i risultati.

2. Determinare se il rotore cederà in seguito ai carichi strutturali e termici applicati.

   1. Esaminare il risultato del Fattore di sicurezza visualizzato inizialmente.

      Le ispezioni dei risultati Min/Max sono visibili per default. Per nasconderli, fare clic su (area di lavoro Simulazione > scheda Risultati > gruppo Verifica > Nascondi min/max).

   2. Si noti che il fattore di sicurezza è maggiore di 2,0; questo indica che il rotore non sarà sottoposto a snervamento in seguito ai carichi strutturali e termici applicati.
   3. Si noti che i fattori di sicurezza più bassi si trovano in prossimità agli spigoli delle fessure dell'aria forniti per il raffreddamento dell'interno del rotore.

      Per comprendere meglio il motivo per cui il fattore di sicurezza è più basso in prossimità degli spigoli degli intagli, osservare i risultati di sollecitazione, distribuzione della temperatura e flusso termico.

      
      
      

3. Identificare dove si verifica la sollecitazione massima.

   1. Selezionare il risultato Sollecitazione dall'elenco a discesa dei risultati, accanto alla legenda. Vengono visualizzati i contorni della sollecitazione di von Mises.
   2. Si noti che i risultati di sollecitazione massima si verificano negli stessi punti in cui si verificano i fattori di sicurezza minima, con le bande radiali della sollecitazione aumentata lungo la faccia di attrito.
      
      

4. Identificare dove si verifica il flusso termico massimo e alternare da una transizione di colore uniforme a quella a strisce.

   1. Selezionare il risultato Flusso termico dall'elenco a discesa dei risultati, accanto alla legenda.
   2. Fare clic su Opzioni legenda, adiacente alla legenda, per aprire la finestra di dialogo Opzioni legenda.
   3. Modificare la Transizione di colore in A strisce. Si noti che è più semplice vedere le strisce del flusso termico più elevato.
      
      
      
      L'area del flusso termico massimo corrisponde all'area della sollecitazione massima e al fattore di sicurezza minimo. Le fessure per l'aria portano alla concentrazione del flusso di calore dalla fonte di calore all'albero raffreddato ad acqua in una sezione trasversale ridotta del materiale in ghisa.

5. Utilizzare il risultato del gradiente termico per illustrare le posizioni della sollecitazione massima nel passaggio 3. I gradienti termici più ripidi producono maggiori sollecitazioni a causa della variazione significativa nell'espansione termica in una piccola area.

   1. Selezionare il risultato Gradiente termico dall'elenco a discesa dei risultati, accanto alla legenda.
   2. Si noti che nelle regioni delle fessure dell'aria si verificano i gradienti termici più elevati. Il gradiente termico massimo è appena inferiore a 2 C per mm di distanza lineare.
   3. Si noti che i contorni del flusso termico e del gradiente termico sono essenzialmente identici, sebbene le unità e le intensità differiscano. Questa differenza è più evidente quando si usa la transizione di colore A strisce rispetto a Uniforme.
      
      
      
      Oltre al gradiente termico, le modifiche nella sezione trasversale del materiale influiscono sulle sollecitazioni strutturali e termiche. Un determinato gradiente termico produce più sollecitazioni termiche in una sezione trasversale di grandi dimensioni rispetto ad una sezione trasversale più piccola. Questo fenomeno illustra le bande radiali con maggiore sollecitazione lungo la faccia di attrito, come è stato visto al passaggio 3. Ogni area di sollecitazione aumentata corrisponde ad una posizione radiale della nervatura sul lato opposto del disco. Queste osservazioni spiegano in modo completo la distribuzione della sollecitazione di von Mises osservata nel passaggio 3.
   4. Tornare alla transizione di colore Uniforme e fare clic su OK per chiudere la finestra di dialogo.

6. Passare al risultato Temperatura e provare a spiegare la distribuzione della temperatura.

   1. Selezionare il risultato Temperatura dall'elenco a discesa dei risultati, accanto alla legenda.
      
      
   2. Si noti che la temperatura massima si verifica sulla faccia di contatto della pastiglia, dove il calore è generato per attrito durante la frenatura, e dove è quindi previsto.
   3. Tenere presente che la temperatura diminuisce abbastanza rapidamente spostandosi radialmente verso l'interno dalla regione della temperatura massima.

      Il calore viene rimosso da una combinazione di convezione (su tutte le facce esposte) e conduzione alla temperatura fissa inferiore sulla faccia del mozzo. Spostandosi radialmente verso l'interno, i flussi termici convettivo e conduttivo sono entrambi allontanati dalla regione della temperatura massima e sono additivi.

   4. Si noti che la temperatura diminuisce mentre ci si sposta radialmente verso l'esterno, ma non con la stessa rapidità.

      Spostandosi radialmente verso l'esterno, ci si sposta in direzione opposta al flusso termico conduttivo. Il calore fluisce sempre da temperature più elevate a temperature più basse. Pertanto, la perdita termica nella regione più esterna del disco è puramente convettiva. Senza il componente conduttivo, la perdita di calore in questa regione sarebbe meno rapida.

7. Animare i singoli componenti X, Y e Z dei risultati di spostamento utilizzando la velocità Più veloce e l'opzione Unidirezionale per osservare la modifica nelle dimensioni del rotore.

   1. Selezionare il risultato Spostamento dall'elenco a discesa dei risultati, accanto alla legenda.

      Si noti che lo spostamento massimo del rotore è superiore a 0,3 mm e si verifica in corrispondenza del bordo esterno del diametro della faccia della fonte di calore.

      
      
      
   2. Dall'elenco a discesa dei componenti accanto alla legenda del grafico, passare da Totale a X.
   3. Fare clic su (area di lavoro Simulazione > scheda Risultati > gruppo Strumenti risultato > Anima) per aprire la finestra di dialogo Anima.
   4. Attivare l'opzione Unidirezionale per osservare la crescita.
   5. Nell'elenco a discesa Velocità, scegliere Più veloce.
   6. Fare clic su Riproduci.
      
      Notare che lo spostamento è prevalentemente una crescita radiale.
   7. Con l'animazione ancora in riproduzione, passare al componente Y e quindi al componente Z.
   8. Fare clic su OK per chiudere la finestra di dialogo Anima, quando si è soddisfatti.

Riepilogo dell'attività 5

In questa attività, è stato necessario eseguire le seguenti operazioni

• Determinare se il rotore freno cederà sotto i carichi applicati
• Identificare le aree di sollecitazione massima
• Osservare le diverse opzioni di transizione dei colori nel risultato
• Spiegare la posizione della sollecitazione massima
• Spiegare la distribuzione della temperatura
• Animare il risultato dello spostamento per osservare il cambiamento del rotore con l'uso.