基于ansys的高速列车制动盘数值模拟

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要随着高速列车的飞速发展，其速度在不断的提高，这就给列车制动带来了难题。无论在常规制动还是紧急制动，制动盘都起着至关重要的作用，特别是在紧急制动时，通过制动盘摩擦进行制动是唯一的制动方式，因此，制动盘的研发几乎成为列车进一步提速的瓶颈问题。目前我国的高速列车制动盘很难满足300km／h以上的高速列车的使用要求，基本都是依赖于从国外进口，目前国内许多科研人员正在从事这方面的工作，本文基于这个现状开展了工作。制动是一个复杂的过程，是涉及摩擦学、热力学、动力学及材料学等各个方面因素交互作用的过程。国

2、内外针对制动盘的研究，问题集中在对盘的断裂分析或者失效分析、裂纹分析，进而着重分析制动过程中盘上出现热斑的热疲劳损伤状况，所采用的研究方法一般为数值模拟结合台架实验。经过众多科研人员的努力，发现制动盘在制动时产生大量的热，短时间内无法扩散出去，从而导致制动盘表面温度很高，而其产生的热应力是制动盘失效的主要原因。本文利用大型通用有限元软件ANSYSIO．0对时速为300km的高速列车轴盘进行研究，建立了三维模型，讨论了载荷的施加，并计算出轴盘在一次紧急制动过程中每一时刻的温度场，热应力场。从计算结果可以看出，在一次紧急制动过程中，制

3、动盘的温度最高时刻出现在开始制动后第60秒左右，其最大值为329．6。C，高温区始终是在摩擦环上，并且经历了一个开始是带状，随后是团状热班不断向周围扩散的过程；而最大应力值大概为311MPa，出现在开始制动后大概第47秒左右，并且最大应力区域分布在筋板所对应的盘体正表面上，且靠近盘的内侧；并且制动盘环向的应力始终大于其它方向的应力。从而得知这种带有散热筋板的锻钢制动盘应该可以满足时速为300km的高速列车轴盘的使用要求。西南交通大学硕士研究生学位论文第lI页最后本文提出了进一步精确计算的方法，并对进一步研究制动盘的方法提出建议。关

4、键词：高速列车；轴盘；热疲劳；温度场；热应力场西南交通大学硕士研究生学位论文第1II页AbstractAlongwiththerapiddevelopmentofthehi．ghspeedtrain，thespeedisgettinghigherandhigher,whichbringabigproblemtobrake．Nomattertheroutinebrakingortheemergencybraking，thebrakediscplaysakeyrole，especiallywhenemergencybraking，it

5、istheonlywaytobrakethetrainbythefrictionofthebrakedisc，SOthedevelopmentbecomesthebottleneckofincreasingthespeed．Sofar，thebrakediscsmadeinChinacanhardlysatisfytherequirementofthehilghspeedwhosespeedis300km／horhigher，andthebrakediscsaremostlyimposedfromabroad，manyresear

6、chersareengaginginthebrakediscofhighspeedtrainnow，andtheworkcarriedoutbasedonthis．Brakeisacomplexcourse，whichincludestribology，thermodynamics，dynamics，materialscienceandtheinteractionofmanyfactors．Theresearchersathomeandabroadpaidmuchattentiontofractureanalysisandfail

7、ureanalysis，thenanalyzedthefatiguedamage，andthemethodisgenerallynumericalsimulationcombinedwithbenchtest．ThepresentresearchresultstellUSthatitproducesmuchheatinthecourseofbrakingwhichleadstothetemperatureofthesurfacebecomeshigh．Theshaftdiscofthehighspeedtrainwithaspee

8、dof300km／hwaschosenastheresearchobject，thecourseofemergencybrakewassimulatedbylargeuniversalfmiteelementsoftwareANSYS．A3Dmod