(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221073479 9.1 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 重庆长安汽车股份有限公司 地址 400023 重庆市江北区建新 东路260号 (72)发明人 韩莹亮　毛显红　禹慧丽　曾小利　 曾庆强　陈小东　 (74)专利代理 机构 重庆华科专利事务所 5 0123 专利代理师 李勇　谭小琴 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 车用部件热-固-流耦合瞬态仿真分析方法 及存储介质 (57)摘要 本发明公开了一种车用部件热 ‑固‑流耦合 瞬态仿真分析方法及存储介质， 其包括如下步 骤： 步骤一， 基于车用部件的几何数据和使用工 况建立有限元模 型， 赋予有限元模 型材料属性和 热‑固耦合的仿真参数得到热 ‑固耦合瞬态仿真 分析模型， 仿真计算得到车用部件温度场； 步骤 二， 基于流体工况建立C FD瞬态仿真分析模型， 将 车用部件温度场施加到CFD瞬态仿真分析模型中 进行热‑流仿真分析， 得到对流换热系数； 步骤 三， 将对流换热系数对应施加到热 ‑固耦合瞬态 仿真分析模型中， 得到热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分 析模型， 仿真计算得到车用部件应力和温度的分 布结果。 其能够提高车用部件多场耦合的仿真精 度， 能够真实、 准确模拟车用部件应力、 温度随时 间变化情况。 权利要求书1页 说明书6页 附图13页 CN 115146501 A 2022.10.04 CN 115146501 A 1.一种车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真 分析方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一， 基于车用部件的几何数据和使用工况建立有限元模型， 赋予有限元模型材料 属性和热 ‑固耦合的仿 真参数得到热 ‑固耦合瞬态仿 真分析模 型， 然后进 行车用部件的瞬态 温度场仿真计算， 得到车用部件温度场； 步骤二， 基于车用部件的流体工况建立CFD瞬态仿真分析模型， 将步骤一得到的车用部 件温度场施加到所述CFD瞬态仿真分析模 型中， 进行热‑流仿真分析， 得到CFD瞬态仿 真分析 模型中每 个节点上 车用部件与流体的对流换 热系数； 步骤三， 将得到的每个节点的对流换热系数对应施加到步骤一的热 ‑固耦合瞬态仿真 分析模型中的每个节 点上， 得到热 ‑固‑流耦合瞬态仿 真分析模型， 然后进 行仿真计算， 得到 车用部件应力和温度的分布结果。 2.根据权利要求1所述的车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分析方法， 其特征在于， 所述 热‑固耦合的仿真参数的获得具体为： 基于ANSYS/LS ‑DYNA非线性分析软件， 建立滑块与平 板摩擦产热及热传导有限元仿真模型和理论模型， 所述理论模 型具体为： 平板固定不动， 滑 块设置平板上且受到一个正压力同时在平板表面滑动， 滑块与 平板之间摩擦产热且进 行热 传导； 将滑块或平板的稳态温度仿真结果与滑块或平板的稳态温度理论结果对标， 通过不断 修正有限元模型参数， 得到满足精度要求的修正后有限元模型参数， 即得到热 ‑固耦合的仿 真参数。 3.根据权利要求2所述的车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分析方法， 其特征在于： 所述 有限元模 型参数包括车用部件的热接触参数、 热 ‑固耦合控制字、 热求解器设置参数和计算 时间步。 4.根据权利要求1或2所述的车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分析方法， 其特征在于： 所述材料属性包括密度、 泊松比、 弹性模量、 比热容、 线膨胀系数。 5.根据权利要求1或2所述的车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤三中对流换热系数施加具体为： 将得到的CFD瞬态仿真分析模型中每个节点上车 用部件与流体的对流换热系数导出为文档， 所述文档中包括每个节点的(x， y， z)三坐标值 以及节点的对流换热系 数； 按照预设程序将导出文档中的节点与热 ‑固耦合瞬态仿真分析 模型的节点进行匹配， 若文档中的节点与热 ‑固耦合瞬态仿真分析模型的节点距离小于 0.2mm， 预设程序判定匹配成功， 将文档中该节点的对流换热系数施加 到热‑固耦合瞬态仿 真分析模型的对应节点上。 6.根据权利要求1或2所述的车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分析方法， 其特征在于： 所述车用部件为变速器齿轮、 发动机缸体、 发动机活塞、 排气系统或电动汽车的驱动电机 。 7.一种存储介质， 其特征在于： 其存储有一个或多个计算机可读程序， 所述计算机可读 程序被一个或多个控制器调用执行时， 能实现如权利要求 1～6任一所述的车用部件 热‑固‑ 流耦合瞬态仿真 分析方法的步骤。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115146501 A 2车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分析方 法及存储介质 技术领域 [0001]本发明涉及仿真分析技术领域， 具体涉及车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分析方 法及存储介质。 背景技术 [0002]CN113987883A公开了一种基于热 ‑固耦合齿轮啮合摩擦发热瞬态仿真方法， 通过 与理论或是试验对比得到更准确的热 ‑固耦合参数设置， 能够真实、 动态模拟齿轮实际工况 中啮合区温度随时间变化情况， 观察到齿轮在啮合过程每个时刻 瞬态啮合产生的热量， 进 而可知啮合区的发热情况， 但没有考虑齿轮在实际过程中的润滑油流体与齿轮之 间的对流 换热， 无法贴近齿轮的实际工况， 仿真结果与实际值 仍然存在一定误差 。 [0003]CN110738348A公开了一种基于热 网络模型直齿轮温度场的预测方法公开了， 将啮 合区域平均离散成N个区域， 取每个啮合点以及啮合点沿齿厚方向的齿厚中点为温度 节点， 将每一个离散区域等效为一个温度单元， 每个温度单元通过各温度节点间的热阻连接构成 热网络模型， 其中热阻包括对流换热热阻与热传导热阻。 然后， 基于赫兹接触理论， 求解接 触压力和相对滑动速度， 进而获得摩擦 热流量； 根据传热学 理论， 通过建立摩擦 热流量与热 阻的关系， 获得直齿轮齿温度场分布。 该申请齿轮的温度场也是基于理论 公式进行换算， 无 法直观地分析齿轮在啮合过程中实际产热量， 其次无法观察齿轮在啮合过程每个时刻瞬态 啮合产生的热量， 也没有考虑齿轮在实际过程中的润滑油流体与齿轮之间的对流换热， 无 法贴近齿轮的实际工况。 [0004]齿轮实际运转过程包括接触区摩擦产热以及齿轮与流体之间的对流换热， 因此齿 轮工作过程是一个热 ‑固‑流三相耦合的非线性问题， 需要考虑热 ‑固‑流三场耦合， 如果采 用传统的“试验‑整改‑试验”手段来建立 强度把控体系， 则开 发成本高昂， 并且效率较低， 不 利于设计整改， 跟不上产品开发节奏。 发明内容 [0005]本发明的目的是提供一种车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真分析方法及存储介质， 其能够提高车用部件多场耦合的仿真精度， 使得仿真分析结果更接近实际工况， 进而能够 真实、 准确模拟车用部件应力、 温度随时间变化情况， 为后续进一 步开发提供 数据支撑 。 [0006]本发明所述的车用部件热 ‑固‑流耦合瞬态仿真 分析方法， 其包括如下步骤： [0007]步骤一， 基于车用部件的几何数据和使用工况建立有限元模型， 赋予有限元模型 材料属性和热 ‑固耦合的仿 真参数得到热 ‑固耦合瞬态仿 真分析模型， 然后进 行车用部件的 瞬态温度场仿真计算， 得到车用部件温度场； [0008]步骤二， 基于车用部件的流体工况建立CFD瞬态仿真分析模型， 将步骤一得到的车 用部件温度场施加到所述CFD瞬态仿 真分析模 型中， 进行热 ‑流仿真分析， 得到CFD瞬态仿 真 分析模型中每 个节点上 车用部件与流体的对流换 热系数； [0009]步骤三， 将得到 的每个节点的对流换热系数对应施加到步骤一的热 ‑固耦合瞬态说　明　书 1/6 页 3 CN 115146501 A 3