高鐵制動盤應(yīng)力分析及其損傷機理研究.pdf

1、近年來，高速列車的運行速度大幅提升，與以往相比較，各個部件承受更加復(fù)雜載荷作用。制動盤作為制動系統(tǒng)的重要部件，在運行中如發(fā)生損傷，將嚴(yán)重危害列車的安全。因此，若能提前判斷制動盤損傷情況，并對其損傷的規(guī)律加以探究，對保障列車安全運行具有重要意義。本文基于傳熱學(xué)理論、摩擦學(xué)原理和瞬態(tài)動力學(xué)，采用有限元仿真技術(shù)，對列車制動盤的應(yīng)力場進行分析研究。通過力學(xué)分析和檢測試驗相結(jié)合的方法，揭示制動盤損傷機理。具體研究工作如下:
　　首先，對制動

2、盤分為高速運行和制動兩種狀態(tài)進行力學(xué)分析。制動狀態(tài)時，借助摩擦學(xué)原理和熱力學(xué)相關(guān)理論，建立了摩擦生熱的邊界條件和熱應(yīng)力平衡方程;運行狀態(tài)時，結(jié)合有限元方法對制動盤的力學(xué)模型進行簡化，確定制動盤瞬態(tài)動力學(xué)仿真的邊界條件和加載方式。
　　其次，對摩擦制動過程的制動盤進行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。根據(jù)制動盤的結(jié)構(gòu)特點，建立了制動盤的三維實體模型和有限元模型，對常用制動時的制動盤溫度場進行數(shù)值模擬。利用順序耦合法對制動盤做熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，得到摩

3、擦制動過程制動盤熱應(yīng)力的分布和應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)果表明，制動盤的齒部為應(yīng)力最大且為拉應(yīng)力狀態(tài)。
　　再次，對高速運行時的制動盤做動力學(xué)分析。建立制動盤轂和輪軸的裝配體的有限元模型，結(jié)合瞬態(tài)動力學(xué)分別對單獨旋轉(zhuǎn)慣性力和復(fù)合慣性力兩種載荷條件下的制動盤進行應(yīng)力場分析。結(jié)果表明，隨機變化的垂向慣性載荷是制動盤出現(xiàn)隨機損傷的原因，且表現(xiàn)為動拉應(yīng)力位于制動盤齒部;對比了不同運行速度列車制動盤動應(yīng)力狀態(tài)，給出不同速度級的列車制動盤疲勞損傷的校核值。