[科普中国]-瞬态温度场

瞬态温度场指的是物质系统内各个点上瞬态温度的集合称为温度场。它是时间和空间坐标的函数，反映了温度在空间和时间上的分布。

离合器瞬态温度场分析的前提条件(1)在离合器接合过程中，压盘摩擦片间不断地流入和流出，因此其温度在不断的变化，则摩擦片压盘的材料热性能参数要受到温度的影响。由于实验仪器的限制，不能够测量这些参数的变化，故在这里假设压盘和摩擦片的材料热性能参数不随温度变化。

(2)任何有温度的物体都要向外辐射能量，离合器也不例外。由于离合器接合分离的时间很短，且压盘和摩擦片的温度不是很高，考虑到辐射计算的复杂性，暂不考虑离合器的辐射散热。

(3)实际工作中，离合器由于温度过高，或者散热不好，材料的物理化学性质就会发生变化，比如塑性变形、析氢等现象。这些现象在温度场求解中是很难实现的，因此在该分析中将此现象忽略掉。

(4)摩擦热的产生，总是会有各种现象可能会带走部分的摩擦热，如磨损会带走摩擦热。为了分析问题方便，认为摩擦热流完全被压盘和摩擦片吸收。

(5)根据产生热量来源的滑摩功计算公式可判断出压盘摩擦片的温度场是沿径向和轴向变化的二维温度场。1

有限元瞬态温度场分析前提条件结构离散化就是将结构分成有限个小的单元，单元与单元、单元与边界之间通过节点连接。结构的离散化是有限元法分析多的第一步，关系到计算精度与计算效率，是有限元法的基础步骤，包含以下的内容：

1）单元类型选择。离散化首先要选定单元类型，这个包括单元形状、单元节点与节点自由度等三个方面的内容。

2）单元划分。划分单元时应注意一下几点：①网格划分越细，节点越多，计算结果越精确。网格加密到一定程度后计算精度的提高就不明显，对应力应变变化平缓的区域不必要细分网格。②单元形态应该尽可能接近相应的正多边形或者正多面体，如三角形单元三边应尽量接近，且不出现钝角；矩阵单元长度不宜长宽相差过大等。③单元节点应与相邻单元节点相连接，不能置于相邻单元边界上。④同一单元由同一种材料构成。⑤网格划分应尽可能有规律，以利于计算机自动生成网格

3）节点编码

稳态热传导问题的温度场问题与时间无关，采用有限元单元进行离散以后，可以直接得到有限元的单元方程。在热传导的问题中，场变量是温度，是标量场。瞬态热传导问题的温度场是随时间变化的。在空间域有限元离散后，得到的是一阶常微分方程组。它的解法原则上和动力学问题类同，可以采用模态叠加法或直接积分法。但从实际应用考虑，更多的是采用后者。瞬态温度场与稳态温度场主要的差别是瞬态温度场的场变量不仅是区域内部点的坐标函数，而且还是时间t的函数，但是时间和空间两种区域并不耦合。求解这类问题的方法是在空间域采用有限元格式离散，而在时间域采用差分法离散。

瞬态热分析的载荷步及步长的选择载荷步仅仅是为了获得解答的载荷配置，它的作用是在给定的时间间隔内施加的一组载荷。在瞬态分析中，用多个载荷步载荷历程曲线的不同区段来描述载荷随时间的变化情况。对于非线性分析，每个载荷步都需要多个载荷子步。时间步长的大小关系到计算的精度。步长越小，计算精度越高，同时计算的时间越长。2

分析参数的确定

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本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所