定速条件下列车盘式制动温度场的模拟计算

论文摘要

高速列车紧急制动过程中,制动能量高,造成制动盘温度升高,甚至导致制动盘失效,因此研究制动盘温度分布及其影响参数,对分析制动盘寿命、改善工作条件和研制新型制动闸片具有重要意义。应用有限元软件ABAQUS,建立制动盘、制动块模型,采用热-机耦合方法,模拟转动速度对制动盘和制动块温度分布的影响,同时,模拟计算制动块几何尺寸如摩擦半径、高度以及形状与放置形式等对制动盘温度场的影响。得出如下结论:（1）随转速的提高,制动盘和制动块温度升高,高温区的分布由条带状向斑点状转变,原因在于随转速增加,摩擦副间的震动程度加剧,从而容易造成局部接触而形成局部高温。在单一圆柱制动块的情况下,从制动盘周向的温度分布上看,制动盘上的最高温度出现在制动块对应的摩擦区域内;随摩擦时间的变化,温度沿摩擦轨迹呈锯齿状波动。从制动盘径向的温度分布上看,随距盘中心距离增加,温度下降。从盘深度方向的温度分布上看,随深度增加,温度快速下降,在超过距摩擦表面36mm后,温度变化不明显。（2）制动盘温度分布与制动块摩擦半径密切相关。随摩擦半径的增大,制动盘的平均温度升高,并且最高温度点与盘中心的距离增加。（3）制动块高度、形状改变,对制动盘温度无明显影响。（4）制动块的温度分布与转动速度、摩擦半径、制动块高度及几何形状有关。转动速度增加、摩擦半径增大、制动块高度减小均增加制动块温度,且制动块各点的温度分布趋于均匀。此外,三角形制动块的放置形式对温度分布也有一定影响。（5）通过对1:1制动盘的模拟计算表明,制动盘出现最高温度的时刻滞后于制动速度最大时刻,其制动闸片最高温度出现在摩擦半径最大处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高速列车概述及制动特点
• 1.2 高速列车制动闸片类型
• 1.3 高速列车盘式制动闸片简介
• 1.4 高速列车制动模拟研究动态
• 1.4.1 轮/闸瓦制动模拟计算
• 1.4.2 制动盘/闸片制动模拟计算
• 1.5 课题研究的主要内容和意义
• 本章小结
• 第二章 摩擦制动的有限元研究
• 2.1 有限元法
• 2.2 线性和非线性
• 2.3 非线性有限元软件ABAQUS
• 2.4 温度场的基本计算方程
• 2.5 制动摩擦温度场计算中存在的问题
• 2.5.1 接触问题
• 2.5.2 摩擦系数问题
• 2.5.3 能量转换问题
• 2.5.4 热分配问题
• 2.5.5 磨损问题
• 本章小结
• 第三章 制动过程的温度场数值模拟
• 3.1 模拟方案
• 3.1.1 假设
• 3.1.2 建立模型
• 3.1.3 确定参数
• 3.2 转动速度对温度的影响
• 3.2.1 20 km/h 情况下圆形制动块温度分布和变化规律
• 3.2.2 50 km/h 情况下圆形制动块温度分布和变化规律
• 3.2.3 其他转速情况下圆形制动块温度分布和变化规律
• 3.2.4 不同速度情况下制动盘在深度方向上温度分布
• 3.2.5 制动块温度分布规律
• 3.3 制动块几何特征对温度的影响
• 3.3.1 制动块高度
• 3.3.2 摩擦半径
• 3.3.3 制动块形状
• 3.4 1:1 制动模型分析
• 本章小结
• 第四章 高速列车制动闸片实验研究
• 4.1 粉末冶金制动闸片制备
• 4.2 实验机温度标定
• 4.3 实验验证
• 4.3.1 实验材料与设备
• 4.3.2 实验结果
• 4.3.3 模拟结果
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢