基于有限元法的动车组制动盘制动能力分析
基于有限元方法的动车组车轮安全性能评估
节点的主应力遥
按照式 渊1冤袁 可以计算出 4 种载荷工况以最大
过盈量和有离心力作用下的车轮静强度安全系数袁
见表 1遥
表 1 车轮静态验证结果
载荷工况 1 2
滓 eqv /M Pa
320.48
330.15
浊vM 1.108 1.075
载荷工况 3 4
滓 eqv /M Pa
325.70
334.17
浊vM 1.090 1.062
量的影响及离心力的影响遥 对车轮加载截面辐板表 面内尧 外侧节点以及直径 25 的孔的节点进行验证遥
从表 1 的计算结果可以看出袁 车轮静强度在标 准[1]要求的范围内袁 即静强度计算结果满足车轮安 全性能要求遥 2.2 疲劳强度计算
疲劳验证考虑了 3 种载荷工况尧 最大压装过盈
SC I-T E C H IN N O V A T IO N & P R O D U C T IV IT Y
048
晕燥援6 Jun. 圆园20袁栽 燥贼葬造 晕燥援317
. All 随Ri着g动ht车s组R运e行se速r度ve的d不. 断提高袁 对其走行部
件安全性能的要求也不断提高袁 科学合理地评估动 车组车轮安全性能势在必行遥 动车组车轮在结构上 虽然为一个整体袁 但各部位结构差异较大袁 在运行 过程中各部位所起的作用也不相同袁 而且车轮在实 际运行过程中受力复杂袁 既有轮轨间的接触力 渊包 括横向力和纵向力冤袁 还有轮轴配合部位产生的约 束力及通过轴承传递的整个车体的重量 渊垂向力冤袁 上述各种载荷还会因线路尧 速度及外界环境等因素 的变化而发生变化袁 因此袁 对车轮安全性能进行评 估难度较大袁 欧洲标准[1]推荐采用有限元方法对车 轮辐板部位的安全性能进行评估遥
CRH5型动车组制动盘异常磨耗原因分析
CRH5型动车组制动盘异常磨耗原因分析发布时间：2022-08-31T03:44:53.906Z 来源：《当代电力文化》2022年第8期作者：郎利平，孙雪飞[导读] 高速铁路运行过程中具有安全舒适、节能环保、快速方便、输送能力大等优点，在经济发展、人民生活等方面发挥着巨大的作用郎利平，孙雪飞呼和浩特机务段内蒙古乌兰察布010050摘要：高速铁路运行过程中具有安全舒适、节能环保、快速方便、输送能力大等优点，在经济发展、人民生活等方面发挥着巨大的作用，受到越来越多的国家所重视。
通过不断地积累自身技术成果和对国外先进科技的引进吸收、发展创新，在轮轨系统、制动系统等方面取得巨大进展，让我国高速铁路得以迅速崛。
高速铁路的线路最低环境温度在一30℃以下，CRH5型动车组在高寒地区运行过程中，其基础制动装置以及制动盘异常磨耗现象较为严重。
为降低制动系统因制动盘异常磨耗故障对运营秩序的影响，对该故障进行了分析，并提出了有效的解决方案。
关键词：CRH5型动车组、制动盘；磨耗一、摩擦磨损机理及影响因素早期时候，由于研究手段与方法的限制，国内学者一直从事寻找适宜高速列车使用的制动材料研究，对于列车制动系统的失效机制探讨较少。
现阶段，随着测试技术以及有限元与仿真分析方法的进一步发展，国内学者已逐步开始对制动过程中的颤振、表面温升、损伤机制等进行深入的探讨分析。
[2]利用 ANSYS 有限元分析软件的非线性多场耦合分析方法，建立了三维瞬态盘式制动装置的热-结构耦合模型。
其综合考虑了变化的移动热源、制动盘与闸片的弹性变形以及界面摩擦热流等影响因素的共同耦合作用，发现制动盘表面接触应力分布受到制动盘和闸片的变形、摩擦力以及摩擦热-结构耦合等因素的共同影响。
利用热耦合边界条件建立三维高速制动盘热分析模型，通过模型得到在制动开始时存在一个延迟效应，制动盘最高温度出现在制动过程中期。
通过仿真数值模拟和试验分析发现，高速列车紧急制动时制动盘摩擦表面中部区域温升最高，引起制动盘热膨胀、体积增加；同时因为筋板拥有良好的散热性能，使得筋板出制动盘材料温度和摩擦面之间温度差增大，使得在筋板对应处出现最大热应力。
ABAQUS有限元法的动车组盘形制动的模拟仿真研究
ABAQUS有限元法的动车组盘形制动的模拟仿真研究4.4.2 环境温度对应力场的影响 275 结论与展望 305.1 结论 305.2 展望 30致谢 31参考文献 321 绪论1.1 课题研究的目的和意义随着我国铁路高速化、重载化的发展，列车安全停车制动问题将会更加的严峻，机车车辆的制动距离会随列车行驶速度的提高而呈现出非线性增长，如对于我国国产CRH系列的动车组，当制动初速为时，规定紧急制动距离为；当制动初速度为，紧急制动距离为；当紧急制动初速度为及以上时，紧急制动距离超过。
在我国CRH型高速动车组基础制动方式多半运用盘形制动装置，盘形制动盘在制动过程中负责列车的运行安全，在紧急情况下都要保证列车能够安全停止。
由于高速动车组运行时的动能非常的大，想要列车能够在规定的安全制动距离内实现安全的停车，则制动盘和闸片必须具有很高的热应力性能、制动盘与闸片摩擦系数稳定性高、疲劳强度高、机械强度高等特征，即高速列车的制动装置需要有良好的性能[1]。
从国内外盘行制动盘的实际使用情况来看，只有某些类型的制动盘会因其结构强度低而导致制动盘失效，大多数制动盘的失效方式都是热应力过大而导致裂纹损伤、过度磨损、变形和机械断裂。
制动时，列车的动能通过制动盘与闸片摩擦转化为摩擦热，来不及散失大大气中，导致制动盘达到很高的温度，产生温度梯度，那么在制动盘内部将产生很大的热应力，在紧急制动情况下，当热应力大小超过其材料的屈服极限时制动盘很可能出现热裂纹，造成制动盘失效严重影响行车安全[2]。
由于制动时产生的摩擦热会引起制动盘热龟裂或热疲劳，所以在达到其规定的磨损极限前有必要更换制动盘。
为此，需要对制动盘在制动过程中制动盘盘体的温度分布情况和产生的热应力进行分析，确定制动盘盘体的最高温度和热应力大小，是否在制动盘材料的屈服极限之内，给制动盘构造的设计和盘体材料的研发提供依据。
在制动装置的设计和制造过程中，都需要进行多次的实验模拟检验和结构、材料的改进，以保证制动盘制动性能和质量，而且制动盘是列车制动装置中技术含量最高的组件之一，也是我国进行国产化、自主创新的重点项目。
基于有限元法的汽车盘式制动器蠕动颤振建模与分析
基于有限元法的汽车盘式制动器蠕动颤振建模与分析张立军;徐杰;孟德建;余卓平【摘要】采用有限元方法研究汽车盘式制动器发生蠕动颤振时的非线性动力学特性.制动钳振动的时域、频域和相图特征的仿真与试验结果均非常相似,验证了仿真模型的正确性.分析发现盘块摩擦副会交替地处于黏着和滑动两种状态,每个周期内的能量转换关系也符合典型的黏滑振动特征,从黏着转变到滑动状态时接触面内各节点存在复杂的状态转化过程.发生颤振时,盘块间切向摩擦力随着黏滑振动周期在最大静摩擦力和滑动摩擦力间波动.制动钳切向振动加速度幅值最大,呈现明显的阶次关系;黏滑振动频率与系统的固有频率非常接近,振型也非常相似,证明黏滑振动与系统固有属性密切相关.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2018(040)008【总页数】10页(P926-934,988)【关键词】盘式制动器;蠕动颤振;黏滑振动;有限元法;整车试验【作者】张立军;徐杰;孟德建;余卓平【作者单位】同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学智能型新能源汽车协同创新中心,上海 201804;;【正文语种】中文前言汽车制动器摩擦颤振是一种在极低车速和较低制动压力下,由制动器摩擦振动激发的非线性振动噪声问题[1-3]。
近年来,随着全球范围内自动变速汽车的加速普及,和城市交通拥堵情况日益加剧,制动器摩擦颤振问题日益突出,成为困扰工业界和学术界的前沿难题。
制动颤振的发生机理复杂,影响因素众多,大多数研究认为制动盘-摩擦块间的黏滑自激振动是引起制动颤振的根本原因[4-5]。
为了更深入地分析摩擦颤振的关键影响因素,获得有效的控制措施,建立面向对象的制动器摩擦颤振模型,进行制动颤振性能预测与改进措施评价,正在成为业界的研究热点问题。
目前,针对制动颤振的仿真主要包括基于多体动力学和有限元方法的瞬态动力学分析。
多体动力学模型一般包含制动器以及转向节、下摆臂等悬架部件[6],部分模型还通过集总弹簧和质量来模拟轮胎[7]。
基于有限元分析的机动车制动摩擦片结构设计与性能优化研究
基于有限元分析的机动车制动摩擦片结构设计与性能优化研究机动车制动摩擦片是车辆制动系统中至关重要的部件之一。
其质量和性能直接影响着车辆的制动效果和安全性。
因此，基于有限元分析的机动车制动摩擦片结构设计与性能优化研究具有重要的意义。
本文将从设计原理、有限元分析方法和性能优化三个方面进行探讨，并提出一种基于有限元分析的机动车制动摩擦片结构设计与性能优化的研究方案。
1. 设计原理机动车制动摩擦片通常由基材、摩擦材料和结构层组成。
设计原理包括选材原则、结构参数设计和制动摩擦特性研究等方面。
首先，选材原则是制动摩擦片设计的基础。
根据制动的工作温度、负荷条件和耐磨性要求，我们需要选择合适的基材和摩擦材料。
基材要求具有良好的强度和热传导性能，摩擦材料需要具备较高的摩擦系数和耐磨性。
其次，结构参数设计是制动摩擦片设计的关键。
摩擦片的结构参数包括片厚、尺寸和形状等。
这些参数直接影响着制动力的大小和分布情况。
通过有限元分析，可以优化结构参数，以实现制动力的均匀分布和最大化。
最后，制动摩擦特性研究是为了揭示摩擦片的工作机制和性能特点。
制动过程中，摩擦片会受到高温和高压力的作用，从而产生摩擦磨损和热应力。
通过有限元分析，可以模拟制动过程中的摩擦特性，并对摩擦片材料的性能进行优化。
2. 有限元分析方法有限元分析是一种常用的工程数值分析方法，广泛应用于结构设计和性能优化领域。
在机动车制动摩擦片的结构设计与性能优化研究中，有限元分析可以用于模拟制动过程的热传导、应力分布和变形情况，以及摩擦片材料的磨损特性和耐热性能。
有限元分析的基本步骤包括几何建模、网格划分、边界条件和材料参数设置、求解和结果分析等。
在摩擦片的有限元分析中，需要考虑到制动过程中瞬态热传导、非线性材料性质和接触力的影响。
通过调整模型参数和边界条件，可以得到摩擦片在制动过程中的温度分布、应力分布和变形情况。
此外，有限元分析还可以与其他工程软件进行耦合，如计算流体力学软件和优化设计软件。
有限元法在分析制动盘损坏原因中的应用
鉴
定பைடு நூலகம்
实
践
Ｆｏ ｒ ｅ ｎｓ ｉ ｃ Ｐｒ ａｃ ｔ ｉ ｃ ｅ
．
一
通 事故 坚 定是一 种行之 有效的 方法 ， 并 且 具 有 良好 的 应 用 前 景
关键 词 ： 有限元； 交通 事故 ； 制 动盘 ： 应 力分 析 中图分 类号 ： Ｕ ４ ９ １ ＿ ３ 文献标 志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ — ２ ０ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ｌ ５
文 章 编 号 ：ｌ ６ ７ １ — ２ ０ ７ ２ 一 （ ２ ０ １ ３ １ ０ ５ — ０ ０ ６ ４ — ０ ４
Ｔｈ ｅ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｆｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎｔ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｄａ ｍａ ｇ ｅ Ｃａ ｕｓ ｅ Ａｎ ａｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｂｒ ａｋ ｅ Ｄｉ ｓ ｃ
Ｐ ＡＮ Ｓ ｈ ￣ ｕ ） 一 ｙ Ｏ Ｉ ｔ ｌ ２ Ｆ Ｅ Ｇ Ｈａ ｏ ｜ Ｚ ＨＡＮＧ Ｚｈ ｉ — Ｙ ｏ ｎ ｇ ＂ ｜ Ｃ ＨＥＮ １ ｉ ａ ｎ— Ａ ｍｏ
．
Ｉ ｉ ． ［ ｎ ， ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｌ ｅ ｏ ｊ Ｆ ０ ｒ ｆ 】 ｔ ｃ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｅ ， Ｓ ｈ ． ｎ ｇ ｈ ￣２ ０ ０ ６ ３ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ
基于有限元方法的动车组车轮安全性能评估
基于有限元方法的动车组车轮安全性能评估随着动车组运行速度的不断提高，对其走行部件安全性能的要求也不断提高，科学合理地评估动车组车轮安全性能势在必行。
动车组车轮在结构上虽然为一个整体，但各部位结构差异较大，在运行过程中各部位所起的作用也不相同，而且车轮在实际运行过程中受力复杂，既有轮轨间的接触力（包括横向力和纵向力），还有轮轴配合部位产生的约束力及通过轴承传递的整个车体的重量（垂向力），上述各种载荷还会因线路、速度及外界环境等因素的变化而发生变化，因此，对车轮安全性能进行评估难度较大，欧洲标准[1]推荐采用有限元方法对车轮辐板部位的安全性能进行评估。
基于欧洲标准，为满足车轮运营安全性，本文提出了基于有限元分析软件ANSYS 的动车组车轮有限元模型的建立及静强度和疲劳强度的分析计算，从而对车轮安全性能进行评估。
首先根据车轮名义尺寸建立车轮的有限元模型，然后根据车轮结构对称性确定加载平面并按照标准给出的工况及工况载荷对各加载面进行加载计算，通过有限元计算结果并结合车轮结构特点选择合理的强度准则对车轮进行静强度及疲劳强度计算，从而得出车轮强度最薄弱的部位，在该部位附近区域粘贴应变片对该实体车轮进行疲劳试验验证，将疲劳试验的结果与有限元计算结果进行比较，比较结果验证了有限元计算结果的正确性。
1有限元模型的建立1.1模型的建立以某型号动车组动车车轮为例，依据车轮产品图纸及材料特性，参数弹性模量E 为210MPa ，剪切应变酌为0.29[2]，用ANSYS PLANE182平面轴对称单元建立车轮的二维有限元模型，见图1。
考虑到车轮毂孔部位的圆弧仅为满足结构或使用上的要求而设置，并非根据强度要求而存在，为了便于有限元网格的划分，将该部位的圆弧过渡简化为直线连接过渡。
整个车轮的三维有限元模型采用ANSYS SOLID 185结构单元[3]，见第48页图2。
文章编号：1674-9146(2020)06-047-05贺妍收稿日期：2020-04-09;修回日期：2020-05-08作者简介：贺妍（1982-），女，山西文水人，工程师，主要从事轮对产品设计开发研究，E-mail ：****************。
基于有限元分析的机动车制动摩擦片热响应分析
基于有限元分析的机动车制动摩擦片热响应分析机动车制动摩擦片是汽车制动系统中至关重要的部件之一。
它们通过摩擦力将车辆的动能转化为热能，以实现制动效果。
然而，在长时间的制动过程中，摩擦片会产生大量的热量，这可能会导致热膨胀和变形，进而影响制动性能。
因此，对于机动车制动摩擦片的热响应进行分析和评估非常重要。
本文将基于有限元分析方法，对机动车制动摩擦片的热响应进行分析。
首先，我们需要了解有限元分析的基本原理。
有限元分析是一种数值分析方法，通过将复杂的结构或物体划分为许多小的有限元素，然后利用数学方程和力学原理来模拟和分析结构的行为。
在本次分析中，我们将以机动车制动摩擦片为对象，使用有限元网格将其离散化，然后应用热传导方程来计算其温度分布。
其次，我们需要收集机动车制动摩擦片的材料参数和工作条件。
对于有限元分析，材料参数的准确性对于结果的可靠性至关重要。
因此，我们需要获取摩擦片的导热系数、比热容和密度等相关数据。
此外，我们还需要了解制动时的摩擦片工作条件，如摩擦片的接触压力和相对滑动速度等。
接下来，我们可以开始建立有限元模型并进行分析。
首先，我们需要使用CAD软件绘制摩擦片的几何形状，并将其导入有限元分析软件。
然后，我们可以选择适当的有限元类型和网格划分方法来离散化模型。
在进行网格划分时，我们需要根据摩擦片的几何特征和分析精度进行合理的划分。
完成网格划分后，我们还需要将摩擦片的材料参数导入模型。
接下来，我们可以通过设置适当的边界条件和加载条件来模拟制动过程。
边界条件包括摩擦片与制动鼓或制动盘之间的接触热阻和传热系数等，并且可以根据实际情况进行设置。
然后，我们可以通过施加制动力或转动制动盘来加载摩擦片，并模拟摩擦片的热响应过程。
完成这些设置后，我们可以开始进行热响应分析。
根据热传导方程和初始条件，有限元分析软件将自动求解模型的温度分布。
通过观察分析结果，我们可以判断摩擦片的热传导情况和温度分布情况是否合理。
如果摩擦片的温度超过了其材料的极限温度，那么可能会发生热膨胀和变形现象，对制动性能造成影响。
制动盘有限元分析及试验研究
制动盘有限元分析及试验研究作者：邱星缪翠娟黄晖蔡志武刘洲余显忠来源：《科技创新导报》2011年第13期摘要:对某车型制动盘,根据有限元分析方法,建立了完整的有限元模型;对其进行静强度分析,并做了试验验证,有限元仿真结果与试验结果对比,有很好的一致性,为该制动盘的设计开发提供了理论依据。
关键词:制动盘静强度模态有限元分析试验中图分类号:U266 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0126-01汽车制动盘是制动器的关键零件之一,在汽车开发过程中,对制动盘进行相关有限元分析,能起到指导设计,缩短开发时间和降低开发成本的作用。
有一些研究工作者对制动盘的开发做了大量的工作,如王良模等基于有限元理论和方法,利用有限元分析对某制动盘进行模态分析,得到其固有频率和振型[1]。
李衡等建立了三维瞬态结构应力有限元模型,模拟了制动器的制动过程[2]。
本文以某国产车型的制动盘为对象,建立了三维有限元模型,从模态和静强度两方面进行了分析,评估其性能,并做了相应的试验验证,为制动盘的工程运用提供了理论支持。
1 制动盘有限元模型建立1.1 模型描述及材料参数制动盘的结构如图1所示,主要包括:上下底环,中环和顶环等部分。
主要采用六面体划分网格,控制单元尺寸大小为4～6mm,其整个分析模型共包含36822个节点,25502个单元,如图1所示。
该制动盘材料采用灰铸铁HT250,其材料特性如表1所示。
1.2 静强度计算边界条件设定制动盘的静强度计算分为两种情况,如图2Ａ所示,一种为轴向加载,约束制动盘顶环的平动自由度,在卡钳与上底环接触区域施加轴向力,根据经验设计,给定其受到最大轴向力为:轴向力=油管压力×活塞作用面积×油缸数目×摩擦系数=19.72×(3.14×63.5×63.5/4)×1×0.41=25592(N)另一种为径向加载,约束底环六孔的全部自由度,在卡钳中心位置施加切向力,给定其受到最大的径向载荷为汽车最大重力的1.2倍,如图2B所示。
基于有限元的制动器活塞优化设计
基于有限元的制动器活塞优化设计有限元分析是一种计算力学方法，广泛应用于工程设计中，进行各种结构、材料和加载情况下的模拟、分析和优化。
在车辆制动器设计中，有限元方法可以模拟制动器的各种工作情况，包括制动力、温度和应力等。
本文将基于有限元分析，探讨制动器活塞的优化设计。
制动器活塞是制动器的重要组成部分，其作用是将制动器片压在制动盘或制动鼓上，发挥制动效果。
在制动器的工作过程中，活塞受到制动力、摩擦力和热膨胀等多重因素的影响，可能会出现变形、裂纹和疲劳等问题。
因此，通过有限元分析对活塞进行优化设计，可以提高制动器的性能和可靠性。
首先，进行活塞的材料选择。
制动器活塞需要具有较高的强度和刚度，以承受制动力、摩擦力和热膨胀等多方面的载荷。
一些常见的活塞材料包括铝合金、钢和铸铁等。
在进行有限元分析时，需要将活塞的材料特性输入到有限元分析软件中，以得出活塞在不同工况下的应力和变形情况。
其次，进行活塞的设计。
在活塞的设计中，需要考虑活塞的几何形状和尺寸。
活塞的几何形状和尺寸会影响到活塞的刚度和强度。
因此，在进行有限元分析时，需要对不同设计方案进行模拟计算，以得出最佳的活塞设计方案。
此外，还需要考虑活塞的表面处理方式，如镀铬、喷涂或阳极氧化等，以提高活塞的表面硬度和抗腐蚀性能。
最后，进行活塞的优化。
在进行有限元分析后，可以得出活塞在不同工况下的应力和变形情况。
如果发现存在应力集中或变形过大的问题，需要对活塞进行优化设计。
针对应力集中问题，可以对活塞的几何形状进行调整；针对变形过大问题，可以对活塞的截面积或材料进行修改。
通过不断进行有限元分析和优化，可以得出最优化的活塞设计方案，以满足制动器的性能和可靠性需求。
综上所述，有限元分析是制动器活塞优化设计中非常重要的工具，可以帮助设计人员预测活塞在不同工况下的应力和变形情况，提供有效的设计方案，提高制动器的性能和可靠性。
为了更好地进行数据分析，我们需要先确定要分析的数据类型和相关特征。
基于有限元的轿车用制动盘轻量化可行性研究
关键词 ：制动盘 ；轻量化 ；铝基复合材料 ；有限元 ；热机耦合 中图分类号 ：Ｕ ４ ６ ３ ． ５ ５ 文献标 志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ２ — ６ ５ １ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ５ ６ ． ０ ５
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｗ ｅ ｉ ｇ ｈｔ Ｒｅ ｄｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂｒ ａ ｋｅ Ｄｉ ｓ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｃａ ｒ ｓ ｂ ｙ Ｕｓ ｉ ｎｇ Ｆｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎｔ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ
Ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 １ ０月
基 于有 限元 的轿 车 用 制 动盘 轻 量 化 可行 性 研 究
崔世海 ，袁 健 ，李பைடு நூலகம்岩 ，李 向楠
（ 天津科技大学机械工程学院 ，天津 ３ ０ ０ ２ ２ ２ ）
摘
要 ：针对某型车用制动盘 ， 建立 了多个 紧急制动工况下 Ｓ ｉ Ｃ ｐ ／ Ａ ３ ５ ６铝基复合材料制动盘和 Ｈ Ｔ ２ ５ ０铸铁 制动盘 的
ＣＵＩ Ｓ ｈ ｉ ｈ ａ ｉ ， ＹＵＡＮ Ｊ ｉ ａ ｎ， ＬＩ Ｈａ ｉ ｙａ ｎ， ＬＩ Ｘｉ ａ ｎｇ ｎ ａ ｎ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ２ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第２ ８ 卷
第 ５期
天 津科 技 大 学 学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
铁路车辆盘形制动尖叫噪声的有限元分析
铁路车辆盘形制动尖叫噪声的有限元分析摘要：铁路车辆的盘形制动装置在制动过程中出现的噪声不仅造成环境污染，而且意味着制动系统产生了强烈的自激振动，可能引起制动系统部件的失效以及损坏。
因此开展铁路车辆盘形制动装置的自激振动特性研究对发展我国高速列车有着积极的社会意义和重大的现实意义。
通过研究摩擦制动噪声的机理来减小或消除制动噪声和制动颤振对研究者和工程师们来说是一个活跃的主题。
CAE仿真分析方法在揭示制动噪声方面扮演了一个重要的角色。
关键词:铁路盘形制动;尖叫噪声;运动稳定性;有限元分析;摩擦系数一、盘形制动系统的有限元模型根据铁路车辆H300型制动盘和HZ408型制动闸片建立盘形制动系统的有限元模型。
利用有限元方法,将制动系统的各部件进行离散化,可以建立如下的有限元运动方程。
由于摩擦导致耦合刚度矩阵不对称,特征方程的解就有可能是复数,当出现实部为正的特征根时,根据式可知,系统在微小的扰动下可能出现振幅越来越大的振动,产生运动不稳定,从而出现制动尖叫噪声。
实际应用时,针对某个特定设计进行分析,就能够判断制动系统发生尖叫噪声的频率和在哪个频率上最可能发生噪声。
使用NASTRAN有限元软件建立系统的动力学模型,整个有限元模型共划分62000多个网格节点,以及30000多个10节点的4面本单元。
网格划分的关键是制动盘和制动闸片接触面的节点保持严格一致,使之能够在制动盘和制动闸片对应节点上添加弹簧单元以模拟法向力和摩擦力。
在本模型中,每个制动闸片与制动盘之间的接触面积为38538mm2,共划分了783个接触网格节点。
根据使用的闸片材料和摩擦面的网格节点数量,计算出每个弹簧的刚度Kf=1165×106N·m-1。
制动系统各销轴之间的连接用RBE2单元来模拟。
根据实际使用情况,在制动盘内环设置固定约束,在闸片托顶部孔设置垂直方向的位移约束,在杠杆托顶部安装孔位置设置3个方向的位移和2个方向的转动约束,在制动杠杆自由端与气缸相连的销孔设置沿气缸轴向的水平位移约束。
基于有限元分析的车辆刹车系统优化
基于有限元分析的车辆刹车系统优化车辆刹车系统是汽车安全性的重要组成部分，它直接关系到行车的稳定性和减速效果。
随着汽车工业的不断发展和技术的提升，基于有限元分析的车辆刹车系统优化被广泛应用。
本文将探讨有限元分析在车辆刹车系统优化方面的应用和影响。
首先，有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种通过将复杂的物理问题离散化成简单的有限元单元，再利用数学方法求解物理现象的数值模拟方法。
它可以精确地描述受力情况和材料行为，因此成为处理工程问题的重要工具。
在车辆刹车系统优化中，有限元分析可以用来模拟和预测刹车盘、刹车片、刹车液和刹车卡钳等零部件的受力情况、变形程度和温度分布，从而评估其性能和安全性。
其次，有限元分析在车辆刹车系统优化中的应用主要可以分为三个方面：刹车盘的结构优化、刹车片的材料优化和刹车系统的热效应优化。
针对刹车盘的结构优化，有限元分析可以帮助工程师在设计阶段通过模拟不同结构参数对刹车盘受力情况和变形程度的影响，从而选择最佳的结构形式。
例如，通过有限元分析，可以分析不同刹车盘孔径、孔数和减薄程度对刹车盘受力分布的影响。
通过这些模拟结果，工程师可以在实际制造过程中针对不同的需求选择合适的结构参数，提高刹车盘的耐磨性和抗变形能力。
刹车片的材料优化也是车辆刹车系统优化中的关键一环。
有限元分析可以帮助工程师评估不同刹车片材料的性能表现，如摩擦系数、热膨胀系数和热稳定性等。
通过模拟不同材料在刹车片与刹车盘接触时的受力情况和摩擦性能，可以选择合适的刹车片材料，提高刹车效果和驾驶体验。
刹车系统的热效应优化是车辆刹车系统优化中的重要部分。
在刹车过程中，刹车盘和刹车片摩擦产生的热量需要及时散发，以防止刹车系统过热造成失效。
有限元分析可以帮助工程师模拟和预测刹车盘和刹车片的温度分布和峰值温度。
通过这些模拟结果，工程师可以调整刹车系统的散热结构和材料，提高刹车系统的热稳定性和寿命。
最后，基于有限元分析的车辆刹车系统优化还需要考虑实际制造和使用的可行性。
高速动车组列车制动缸体ANSYS有限元分析
；ｃｌ ｄｒ ｎ ｒ ａ ｃｍ ｏｅｔ ｅ ｂ ｙ ｎｅ ａｄ ｉｕｌ ｏ ｐ ｎｎ ￣ｓｍ ｉ ｖｔ
缸 体 承受 较 大 的机 械 负 荷 和热 负 荷 ， 工作 条 件 最 为 恶 劣 的零 部 是
件之一。 制动缸体的强度和可靠性问题一直是制动计算设计中的
一
个关键 问题。随着高速重载列车出现 ， 对制动缸 的强化程度 和
制动装置作为高速列车最为重要的部件之一，其稳窟 和安全ｊ等 生
性 能对列车 的安全 性、 ｆ 可靠 生和舒适性 有决 定 ｆ 生影响。 而制 动缸是 制 动装 置主要 部件之一 ， 执行 制动 的驱动 力 ， 制性能 优 良的制动 缸 是 研
１ 制动缸 Ｐ ＯＥ三维模型的建立 Ｒ／
对于我国铁路运输的进一步发展和改革有着极其重要的意义ｕ ｊ 。 制动缸是列 车制动过程 中的关键部件 ， 在制 动过程 中 ， 制动
！Ａ Ｓ Ｓ ００ ｒ ｒ ｅｃ ｌ ｄ ｒ ｈ ｓｈ ｈｗ ａ ｔｅｍ￣ｉ ｕ ｓ ｅｓｏｃ ｒ ｉ Ｏ ｔ ０ ｂ ｔｅｎｔｅ ！ Ｎ Ｙ １ ． ａ ｙｉ ｅ． ｅｒ ｕ ｓ ｏ ｓ ｈ ｔｈ （ ｍ ｍ ｒｓ ｃ ｕｓ ｎ ｕｅ ｅ ｅ ｅ ６ｋ ｎ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｔ ｒ ｗ ｈ
（ ｏｌｇ ｆ ｒｃ ｒｎ ｐ ｒａｉｎ， ａ ｔ ｉａＪａ ｔｎ ｉｅｓｔ ， ｎ ｈ ｎ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｅｏ ａ ｋＴ ａ ｓ ｏ ｔｔ Ｅ ｓ ｎ ｉｏｏ ｇＵｎｖ ｒｉ Ｎａ ｃ ａ ｇ３ ０ １ ， ｈｎ ） ｅ Ｔ ｏ Ｃｈ ｙ
盘式制动装置制动盘的有限元分析及优化
盘 式 制 动 装 置 因其 构 造 简 单 、散 热 快 、质 量
轻 、调 整 方 便 ，特 别 是 高 负 载 时 耐 高 温 性 能 好 ，
制 动效 果 稳 定 ，常 被 用 作 下 运 带 式 输 送 机 的制 动 系统 。其 主要 由制 动 器 、制 动 盘 、支 架 和 底 座 等 部 分组 成 ，制动 器成 对对 称安装 ，如 图 １所示 。
ｔ ｅ ｄ ｓ ｒ ｋ ｓｎ Ｓ ｏｔ ａ ｅ ｎ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔ ａ ａｙ ｉ ｉ ｐ ｒ ｒ ｄ ｆ ｒ ｔｉ ｄ ｌ ｂ ａｎ ｎ ｈ ｔ ｓ ｎ ｈ ｉｃ ｂ ａ ｅ ｕ ｉ ｇ ＡＮ ＹＳ ｓ ｆ ｒ ，ａ ｄ ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｓ ｅｆ ｍｅ ｏ ｈ ｓ ｍｏ ｅ ，ｏ ｔｉ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓｒ ｓ ａ ｄ ｗ ｎｅ ｏ ｅ
和切 向摩擦 力 ． 由于两 者 的接触 可 以看 成 是 面接 厂 。 触 ，所 以 ，力 的形 式 可 以看 成 接 触 区域 受 垂 直 盘
ｔｄ ｆｒｔ ｅｓｒ ｃ ｕ ｅｏ ｅ ｂ ａ ｅ ｄ ｓ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｎ ｉ ａｅ ｔａ ｈ ｐ ｉ ｚ ｄ ｓｒ ｃｕ ｅｃ ｎ ｎ ｔｏ ｌ ｅ ｅｓｒ ｎ ｔ ｅ ｅ ｏ ｔ ｔ ｒ ｆ ｈ ｒ ｋ ｉｃ ｎ ｈ ｅ ｕ ｔ ｉ ｄ ｃ ｔ ｔ ｅ ｏ ｔ ｈ ｕ ｔ ｓ ｈ ｔ ｍｉｅ ｔ ｔ ｒ ａ ｏ ｎｙ ｍｅ ｔ ｈ ｔ ｇｈ ｒ — ｕ ｔ ｅ
ｑ ｉ ｍ ｎｓｂ ｔ ａ ｌ ｆ ｃ ｖ ｌ ｒｄ ｃ ｅ ｉｅ ｕｉｇｂａ ｉ ． ｕｒ ｅ ｔ ｕ ｃ ｎａｓ ｅ ｅｔ ｅ ｕ ｅｔ ｔ ｒ ｒ ｒｋｎ ｅ ｏ ｆ ｉ ｙｅ ｈ ｊｔ ｄ ｎ ｇ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｄ ｗｎ ａ ｄ ｂ ｌ ｃ ｎ ｅ ｏ ；ｄ ｓ ｒ ｋ ；ｂ ａ ｅ ｄ ｓ ｙ ｒｓ ｏ ｗ ｒ ｅ ｔ ｏ ｖ ｙ ｒ ｉｃｂ ａ ｅ ｒ ｋ ｉｃ；ＡＮＳ ＹＳ；ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ａｙ ｉ ；ｏ ｔ ｎｅ ａ ｍｉａｉ ｏ
基于ANSYS的盘式制动器的有限元分析(应力)
基于ANSYS的盘式制动器的有限元分析（应力）采用其他三维模型进行盘式制动器的三维模型建立，如下图，通过ANSYS如三维模型的几何接口将模型导入至ANSYS中。
制动盘和摩擦片的材料参数论文中，如下图所示采用solid185单元类型，并采用六面体网格划分，有限元网格模型如下所示，其中网格总数为49261，节点总数为44499。
制动盘和摩擦片之间采用摩擦接触，摩擦系数为0.38根据力矩平衡方程求解制动器的制动力矩约为826N·m，继而求出单片摩擦片上均布压力约为4.9MPa，切向摩擦力约为5520N将均布压力施加在2片摩擦片上，并在垂直于制动盘的摩擦片表面施加法向载荷，用来表示切向摩擦力对制动盘的作用，加载情况如下图所示。
在上述工况载荷下，制动器的位移云图，和应力云图如下图所示。
其中最大等效应力为46.74MPa，发生在制动盘上。
制动盘和摩擦片单独的应力云图如下，综上可知，在压应力和摩擦应力共同作用下，等下应力最大位置出现在制动盘受压区域，在远离该区域作用区域，结构应力很小，几乎没有。
同时还可以从制动盘单独的应力云图上可以看出，应力场在制动盘转动的方向出现一条明显的应力尾迹，在10MPa左右。
盘式制动器的有限元分析（温度）采用瞬态热分析进行制动器的温度分析，摩擦热通过热流密度进行加载，计算公式如下所示。
单元类型采用solid70，因为将摩擦热等效为热流密度输入，所以只需要建立制动器模型即可。
采用六面体进行网格划分，网格总数为47511，节点总数为39759。
为制动半径为转速为压力为摩擦系数其中：r w p time t v v p pv r p q *w 00μμμμ⎪⎭⎫ ⎝⎛-===制动盘初始温度设置为20°，热流密度通过函数加载，在摩擦片与制动盘接触区域进行加载，制动盘与空气之间的换热通过对流换热系数来表示。
同时设置环境温度为20°紧急制动工况下制动初速度为100 km／h，制动时间3 s，制动0.48s和3s时的温度云图如下所示从上述云图可以看出，整个制动过程中，制动盘外径的温度最高，随着时间推移，最大温度向中心移动，高温区域增大，呈现最大温度环带。
动车组制动系统技术分析探讨
1.2空气制动系统
其次，空气制动系统在当前的动车组制动系统中所占比重较大。通过空气制动系统可以有效保障电制动的效果。在动车运行的过程中，结合电制动和空气制动系统可以提高整个动车制动的效率，有效保障运行安全。也就是说，动车运行的速度较快，如果仅仅靠电制动难以完全使得列车停下来，尤其是遇到紧急事故需要停车的时候，更加需要空气制动系统的支撑使得动车制动。一般来说，动车组的空气制动该系统会采取电气指令的直通式电空制动装置。整个空气制动系统包括空气制动控制装置、电空转换阀、中继阀、压力调整阀、电磁阀、截断塞门、增压缸、制动缸以及管路。通过这些设置，使得动车可以通过压缩空气保证动车的速度下降，有效实现制动。在制动的过程中，空气流经空气压缩机，然后通过总风缸管，再经过制动风缸，通过中继阀，最后经过增压缸，这一系列的操作会使得压缩的空气迫使动车速度降下来，对于实现动车组的制动来说有着十分重要的意义。
2.3及时应对自然灾害
最后，动车组制动系统技术可以有效帮助动车组的司机应对突发灾害。所有参与到动车操作的司机都是经过长时间培训的人员，具备一定的经验和能力，但是由于动车的速度过快，如果在操作的过程中无法采取有效措施进行制动，难以控制好动车的运行安全。动车组制动系统技术的应用，可以帮助动车组上的司机面对突发状况的时候采取有效措施积极应对。并且通过不断提高动车组制动系统技术，能够使得动车在运行的过程中司机所要承受的压力逐步减小，帮助司机利用自己的知识和经验有效应对突发的自然灾害，保障所有乘客和工作人员的生命安全。
CRH动车组驱动装置的刹车与制动性能分析
CRH动车组驱动装置的刹车与制动性能分析CRH动车组一直以其高速、高效、高质量的特点著称于世，其驱动装置的刹车与制动性能更是其安全运行的重要保证。
本文将对CRH动
车组驱动装置的刹车与制动性能进行深入分析。
CRH动车组的驱动装置在行驶过程中需要通过刹车系统实现减速和停车的功能。
其制动系统主要由制动盘、制动钳、制动块以及刹车系
统控制器等部件组成。
制动盘通过制动钳夹紧制动块，产生摩擦力，
将动车组减速至安全范围内。
CRH动车组的刹车系统具有响应速度快、制动力强等优点，有效提升了动车组的运行安全性。
在实际运行中，CRH动车组的刹车性能得到了广泛认可。
制动时的制动盘温度、刹车距离、制动力平稳性等关键指标均达到或超过国际
标准。
同时，刹车系统的自检功能和自动调整系统能够及时调整制动
系统的性能，确保刹车效果持续稳定。
另外，CRH动车组的制动性能也是其运行安全的重要保障。
制动时的制动盘磨损、制动块磨损、制动力分配等因素都对制动性能产生影响。
CRH动车组通过定期检测和维护，保证了制动系统的正常运行。
此外，CRH动车组还采用了智能制动系统，通过传感器和控制器实时
监测制动系统的工作状态，及时发现并修复问题，确保了制动性能的
稳定性。
综上所述，CRH动车组驱动装置的刹车与制动性能表现优异，为动车组的安全运行提供了重要保证。
同时，动车组在制动系统的设计、
制造、维护等方面也不断进行创新和升级，不断提升制动性能，确保
乘客的出行安全和舒适。
希望本文的分析能够为CRH动车组的制动系统提供一定的参考价值，推动其持续发展和完善。
动车车辆制动系统的力的统计特性分析
动车车辆制动系统的力的统计特性分析引言：动车车辆制动系统在铁路运输中扮演着至关重要的角色，它不仅直接关系到列车的安全性和稳定性，还对乘客的乘坐舒适度产生着影响。
制动力作为动车车辆制动系统的关键指标之一，对系统性能的评估和优化起着关键作用。
因此，对动车车辆制动系统的力的统计特性进行分析将为制动系统的设计和改进提供重要依据。
1. 动车车辆制动系统概述动车车辆制动系统是由一系列组件组成的复杂机械系统，包括制动盘、制动鞋、制动管路、制动控制系统等。
它的基本原理是通过施加一定的制动力，使列车减速或停车。
2. 动车车辆制动系统力的统计特性制动力是一个基本的力学量，它对制动系统的性能和效果产生着直接影响。
对动车车辆制动系统的力的统计特性进行分析，可以从以下几个方面进行：2.1 力的大小分布通过对多次制动过程中的力进行统计，可以得到力的大小分布情况。
这可以反映制动系统在不同工况下的效果，从而评估其制动能力的稳定性。
2.2 力的变化趋势制动过程中，力的变化趋势对系统的调节和控制具有重要意义。
通过对不同条件下的制动过程进行统计，可以分析和研究力的变化趋势，进而为制动系统的稳定性和响应时间等性能进行优化。
2.3 力的分布均匀性力的分布均匀性是衡量制动系统性能的一个重要指标。
通过对不同部位和不同时间的制动过程进行力分布统计分析，可以评估制动系统的均匀性，并进一步提高其制动平稳性。
2.4 力的波动特性力的波动特性反映了制动系统的稳定性和振荡程度。
通过对多次制动过程中力的波动进行统计，可以分析制动系统的响应特性和振动情况，从而进行系统的改进和优化。
3. 动车车辆制动系统力的统计分析方法为了实现对动车车辆制动系统力的统计特性分析，可以采用以下方法：3.1 数据采集通过在实际运行中收集相关的运行数据和制动过程数据，获取力的信息。
这些数据可以通过传感器、数据记录仪等设备获取，并结合列车的行车参数进行综合分析。
3.2 数据处理对采集到的数据进行处理和整理，包括去除异常值、数据平滑等预处理步骤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 7 多种工况制动盘温度场、应力场分析结果
度 仍 不 断 升 高 ，但 盘 内 温 度 梯 度 增 加 并 不 快 ，应 力 上 升趋于平缓，应力最高点出现时间比温度最高点提前
4 结论
10 s 左右，因为制动中期 盘内温度分布较制动初期
综上所述，从制动盘所能承受的温度和热应力角 度 出 发 ，考 虑 制 动 盘 抗 热 应 力 能 力 ，该 制 动 盘 适 应 最
制动减速度及轴重的增加而增加。
知 ，制 动 盘 摩 擦
② 动车组制动初速度300 km/h，轴重14t、制动减速
面附近应力集中
度0.9 m/s2和轴重15 t、制动减速度0.7 m/s2，这2种制动
明 显 ，原 因 在 于
工 况 下 ，制 动 盘 摩 擦 面 已 经 达 到 允 许 温 度 极 限 ，有 可
2009 年第 5 期 2009 年 9 月 10 日
机车电传动 ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES
№ 5, 2009 Sep. 10, 2009
研
基于有限元法的动车组
究
制动盘制动能力分析
开
顾磊磊，左建勇，朱剑月，吴萌岭
发 （同ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大学 铁道与城市轨道交通研究院，上海 200331）
男，硕士研究生，从事轨道 车辆制动与安全技术的研 究与开发。
能力。
关键词：有限元法；制动盘；温度场；应力场；动车组
中图分类号：U266.2；U260.35 文献标识码 ：A 文章编号：1000-128X(2009)05-0007-03
Research of EMUs Disc Braking Ability Based on Finite Element Method
摩擦区域表面温
能在制动盘摩擦表面形成热裂纹。
度高于非摩擦区
③ 轴重14 t、制动初速度为300 km/h、制动减速度
域，在径向、周向
为0.8 m/s2 以上的一次制动工况下，制动盘摩擦面应力
产生很大温度梯
图 5 轮盘应力分布图
已经超过合金锻钢的屈服强度，但均未达到其强度极
度，使得制动盘摩擦区域向径向和周向膨胀，又受到机械 限。轴重15 t，制动初速300 km/h、350 km/h、380 km/h的
才能保护制动盘的使用安全。
性的中间相，容易引起应力集中。
由图 5（b）可知，制动盘长筋板靠
盘 毂 侧 应 力 较 大 ，原 因 在 于 筋 板 上
下 端 存 在 很 大 温 度 差 ，而 盘 毂 处 制
动 过 程 中 升 温 不 明 显 ，随 着 盘 体 的
膨 胀 ，温 度 较 低 的 盘 毂 约 束 着 盘 体
的 径 向 变 形 ，使 应 力 集 中 在 盘 毂 根
热 量 由 外 径 侧 向 内 径 侧 ，由 摩 擦 面 向 内 部 传 导 ，形 成
温度梯度，散热筋具有较好的热传导和热对流散热作
用，减小了制动盘温度梯度。
由图4 可知，在初速度300 km/h 的制动过程中，制
动盘摩擦面温度变化历程分 3 个阶段：第一阶段，制动
初期，列车速度快，动能大，制动盘转速快，瞬间产生
制动过程中，制动盘还将受到闸片压力、摩擦力、 离心力以及振动等载荷作用。由于振动载荷与轨道谱 有关，对制动影响较小且计算复杂，这里不作考虑。 2.2.2 温度场、应力场分析
锻钢材料制动盘的极限耐温为 630℃，抗拉强度为 980 MPa，屈服强度840 MPa[6]。为研究该锻钢制动盘制 动能力，分别进行在14 t 和15 t 轴重下，当制动初速度 为200 km/h、250 km/h、300 km/h、350 km/h与380 km/h，以 0.6 m/s2、0.7 m/s2、0.8 m/s2、0.9 m/s2与1.0 m/s2为5个不同 的平均减速度制动时，制动盘的温度场和应力场的有 限元仿真。
制动盘散热筋实体模型如图 2（a ），包括长筋板和 短筋板2 种类型散热筋，长筋板根部有螺栓安装孔。制 动盘有限元实体模型如图 2（b）所示，制动盘通过螺栓 安装在车轮上，车轮外形对研究制动盘温度场分布影 响不大，因此进行简化，轮缘部分只用平面圆周代替。
制动盘有限元网格划分如图 2（c ）所示。进行制动 盘温度场分析时，采用 8 节点 6 面体和 5 面体实体单元 (Solid70) 进行网格划分。进行制动盘应力场分析时，将 热分析单元Solid70 转换为结构分析单元Solid45，制动 盘应力应变场分析采用多线性随动强化弹塑性模型。 车轴附近制动盘固定螺栓的弹性销采用弹簧阻尼单元 (Combin14)模拟。
(a)盘散热筋 实体模型
—8—
(b)制动盘局有限元 实体模型
（c）制动盘有限元 网格模型
图 2 轮盘有限元模型
2.2 温度场、应力场计算与分析
2.2.1 边界条件和载荷分析 制动盘摩擦热量耗散方式有热传导、热对流和热
辐射 。边界 条件 的确 定参 考文 献[ 4 ] 。选用摩 擦功率模 型作为制动盘热输入的模型。按照摩擦功率法计算得 出热量载荷通过热流密度均匀加载到摩擦面上。按摩 擦力做功的 9 0% 被制动盘吸收来计算[5]。将各参数通 过表格或公式输入ANSYS 有限元模型中。
作者简介：顾磊磊（1983-），
摘 要 ：采用 ANSYS10.0有限元软件，建立了制动盘三维对称循环有限元模型，对不同制动初 速度、减速度和载重条件下，紧急制动过程中的三维瞬态温度场和热应力场进行仿真和分析，得出了 给定条件下制动盘温度、应力情况，并从制动盘所能承受的最高温度和最大应力两方面分析了其制动
的 摩 擦 热 急 剧 增 加 ，制 动 盘 来 不 及 散 热 ，摩 擦 表 面 温
度 急 剧 升 高 ，热 量 由 表 面 向 内 部 ，由 外 径 侧 向 内 径 侧
传 递 ； 第 二 阶 段 ，制 动 过 程 中 期 ，随 着 列 车 速 度 的 下
降 ，摩 擦 生 热 和 制 动 盘 散 热 效 果 逐 渐 趋 于 平 衡 ，制 动
GU Lei-lei, ZUO Jian-yong, ZHU Jian-yue, WU Meng-ling
(Institute of Railway and Urban Mass Transit, Tongji University, Shanghai 200331)
Abstract: Based on the highly nonlinear finite element analysis software ANSYS10.0, a coupled thermo-mechanical three-dimensional model of brake disc is built. Transient temperature field and stress field of brake disc are simulated and analyzed in different initial velocities, accelerations and axle weights in state of emergency braking. The states of the brake disc temperature and stress under the given condition are obtained by simulation. Based on these result, the abilities of the brake disc are analyzed.
本文以我国高速动车组采用的锻钢制动盘为研究 对象，采用 ANSYS 有限元分析软件，分析其在多种工 况下一次制动过程中温度场和应力场分布情况和温 度、应力上升规律，进而分析该制动盘的制动能力。
1 典型动车组锻钢制动盘介绍
锻 钢 材 料 常 温 和 高 温 机 械 性 能 好 ，韧 性 好 ，抗 热
—7—
部 位 置 ，这 要 求 螺 栓 有 较 高 的 拉 伸
强度和疲劳强度。
由图 6 可知，应力上升也是分 3 个
阶段：制动初期，应力急剧上升，因
为 制 动 刚 开 始 ，热 量 在 盘 内 传 递 范
围 有 限 ，而 制 动 盘 摩 擦 面 温 度 上 升
较快，使应力急剧增加；制动中期，
随 着 热 量 在 制 动 盘 内 传 导 ，虽 然 温
盘温度上升速度减缓，达到最高温度；第三阶段，制动
后期，列车速度变慢，热量输入进一步减小，制动盘的
热量耗散超过了热量输入，温度开始下降。
由于最高温度已经达到 630℃，接近锻钢材料的极
限耐温，该制动盘有产生热裂纹的可能。
第5期
顾磊磊，左建勇，朱剑月，吴萌岭：基于有限元法的动车组制动盘制动能力分析
由图5（a）可
图 1 轮盘和轴盘
2 锻钢制动盘有限元热分析
本文采用ANSYS 软件热- 结构的间接耦合法计算 一次制动过程中制动盘的瞬态温度场与热应力分布， 确定盘体的最高温度和热应力水平，通过与材料性能 比较确定该制动盘是否有失效的危险。分析时采用一 个统一的有限元模型来进行热分析和结构分析，热模 型和结构模型间无需进行数据转换处理，既减少了计 算量又提高了计算精度。 2.1 制动盘有限元模型
通过计算，轴重14 t，制动初速度300 km/h，制动减 速度0.8 m/s2，一次制动工况下，制动盘最高温度达到 极限温度。该工况下温度场分布见图 3 和图 4，应力场 分布见图5 和图6。
图 3 制动过程中轮盘最高 温度时温度场分布（正视）
图 4 轮盘摩擦面温度 最高点温度变化曲线
由图 3 可知，制动盘温度最高的区域为摩擦表面，
收稿日期：20 09 - 0 4 - 0 3
制动过程中，制动盘与闸片摩擦短时间内产生大 量热量，造成制动盘温度急剧升高，产生温度梯度，并 在制动盘内部产生热应力，反复作用就会产生热疲劳， 一 旦 超 过 材 料 的 强 度 极 限 ，就 会 产 生 裂 纹 ，造 成 制 动 盘的破坏并影响行车安全。因此制动盘的高温工作性 能是制动盘制动能力研究的重点，研究制动盘紧急制 动过程中的瞬态温度场和应力场分布对研究制动盘制 动能力具有参考意义。