動車組制動盤熱仿真方法適用性研究

左建勇，王雪萍，周蘇芬，夏銘辰

（1.同濟大學 鐵道與城市軌道交通研究院，上海 201804；2.同濟大學 上海市軌道交通結構耐久與系統安全重點實驗室，上海 201804）

基礎制動摩擦副是列車安全運營的重要保障，通過制動盤與制動閘片的相互摩擦作用將動能轉化為熱能，使列車減速或停車。制動摩擦熱使制動盤的溫度急劇升高，由于制動閘片摩擦塊的結構及分布特點，制動盤上存在溫度梯度，產生熱應力［1-2］。反復制動作用導致熱應力超過材料強度極限后，制動盤會發生熱疲勞裂紋損傷，嚴重時制動盤失效，影響列車安全運行［3-4］。

針對制動盤的熱生成問題，采用了數值分析、有限元仿真或模擬試驗等方法開展研究。初期，得到一維和二維熱傳導方程［5-6］，但對于三維熱傳導問題，數值分析方法過于復雜。后期，隨著計算機的發展，模擬試驗條件受限且成本較高，通常采用有限元仿真研究制動盤熱機械性能［7］，包括能量折算法、熱機耦合法、熱機-磨損耦合法以及流固耦合傳熱法等。

能量折算法是應用最廣泛的列車制動盤溫升研究方法，也就是假設摩擦副接觸狀態保持不變，摩擦副在制動過程中的相互作用被簡化為輸入到制動盤表面的熱流量［8］。丁群、趙文清等［9-10］建立三維對稱有限元模型，根據制動能量計算盤形制動產生的熱流量，分析制動過程中制動盤溫度場和應力場，仿真結果與試驗數據比較接近。趙海燕等［11］對160 km·h-1動車組緊急制動工況下制動盤溫度場瞬態特征進行研究，并探討制動模式設置和環境因素對制動盤溫度場的影響。……