高鐵制動(dòng)盤應(yīng)力分析及其損傷機(jī)理研究.pdf

1、近年來(lái)，高速列車的運(yùn)行速度大幅提升，與以往相比較，各個(gè)部件承受更加復(fù)雜載荷作用。制動(dòng)盤作為制動(dòng)系統(tǒng)的重要部件，在運(yùn)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(dòng)盤損傷情況，并對(duì)其損傷的規(guī)律加以探究，對(duì)保障列車安全運(yùn)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(dòng)力學(xué)，采用有限元仿真技術(shù)，對(duì)列車制動(dòng)盤的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析研究。通過(guò)力學(xué)分析和檢測(cè)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，揭示制動(dòng)盤損傷機(jī)理。具體研究工作如下:
　　首先，對(duì)制動(dòng)

2、盤分為高速運(yùn)行和制動(dòng)兩種狀態(tài)進(jìn)行力學(xué)分析。制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，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(yùn)行狀態(tài)時(shí)，結(jié)合有限元方法對(duì)制動(dòng)盤的力學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，確定制動(dòng)盤瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真的邊界條件和加載方式。
　　其次，對(duì)摩擦制動(dòng)過(guò)程的制動(dòng)盤進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。根據(jù)制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了制動(dòng)盤的三維實(shí)體模型和有限元模型，對(duì)常用制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)盤溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。利用順序耦合法對(duì)制動(dòng)盤做熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，得到摩

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