基于有限元法的动车组制动盘制动能力分析.pdf

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1、2009年第5期机车电传动№5,20092009年9月10日ELECTRICDRIVEFORLOCOMOTIVESSep.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（同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海200331）作者简介：顾磊磊（1983-），男，硕士研究生，从事轨道摘要：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，对不同制动初车辆制动与安全技术的研速度、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，得出了究

2、与开发。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)05-0007-03ResearchofEMUsDiscBrakingAbilityBasedonFiniteElementMethodGULei-lei,ZUOJian-yong,ZHUJian-yue,WUMeng-ling(InstituteofRailwayandUrb

3、anMassTransit,TongjiUniversity,Shanghai200331)Abstract:BasedonthehighlynonlinearfiniteelementanalysissoftwareANSYS10.0,acoupledthermo-mechanicalthree-dimensionalmodelofbrakediscisbuilt.Transienttemperaturefieldandstressfieldofbrakediscaresimulatedandanalyzedind

4、ifferentinitialvelocities,accelerationsandaxleweightsinstateofemergencybraking.Thestatesofthebrakedisctemperatureandstressunderthegivenconditionareobtainedbysimulation.Basedontheseresult,theabilitiesofthebrakediscareanalyzed.Keywords:finiteelementmethod;brakedi

5、sc;temperaturefield;stressfield;EMU制动过程中，制动盘与闸片摩擦短时间内产生大0引言量热量，造成制动盘温度急剧升高，产生温度梯度，并根据我国《中长期铁路网规划》要求，我国客运列在制动盘内部产生热应力，反复作用就会产生热疲劳，车速度将达到350km/h以上，这对作为高速列车运行一旦超过材料的强度极限，就会产生裂纹，造成制动安全保障的制动系统来说是个巨大的考验。盘形制动盘的破坏并影响行车安全。因此制动盘的高温工作性是高速动车组基础制动的主要方式，提速对制动盘的能是制动盘制动能力研究的重点

6、，研究制动盘紧急制制动能力也提出了严格的要求。动过程中的瞬态温度场和应力场分布对研究制动盘制制动盘实质上是一种能量转换装置，将列车高速动能力具有参考意义。运动的动能转变为热能，并消散到大气中去。为满足本文以我国高速动车组采用的锻钢制动盘为研究列车速度350km/h以上运行要求，制动盘需要吸收与对象，采用ANSYS有限元分析软件，分析其在多种工速度的平方成正比的运动能量，同时还要具有良好的况下一次制动过程中温度场和应力场分布情况和温摩擦性能、耐磨性能、机械强度、热强度及保持与摩擦度、应力上升规律，进而分析该制动盘的制动

7、能力。副另一侧材料之间的摩擦系数稳定性[1]。1典型动车组锻钢制动盘介绍收稿日期：2009-04-03锻钢材料常温和高温机械性能好，韧性好，抗热—7—机车电传动2009年裂性能高，并且锻造工艺比较成熟，是较理想的制动2.2温度场、应力场计算与分析盘材料[3]。2.2.1边界条件和载荷分析高速动车组动车每轴装有2套轮盘制动系统，拖车制动盘摩擦热量耗散方式有热传导、热对流和热每轴装有2套轴盘系统和2套轮盘系统。其结构型式见辐射。边界条件的确定参考文献[4]。选用摩擦功率模图1。这类制动盘在摩擦面的背面设有径向散热筋，以型

8、作为制动盘热输入的模型。按照摩擦功率法计算得提高散热能力。出热量载荷通过热流密度均匀加载到摩擦面上。按摩该类盘形制动系统轮盘的闸片压力约是轴盘闸片擦力做功的90%被制动盘吸收来计算[5]。将各参数通压力的2倍，即轮盘比轴盘承担更多的制动载荷。限于过表格或公式输入ANSYS有限元模型中。篇幅，本文只对轮盘制动系统进行讨论。制动过程中，制动盘还将受