文档名：高速列车盘形制动器热结构耦合方法研究
摘要：盘形制动器热负荷计算是高速列车制动盘研发设计的关键环节,其计算结果是列车运行参数配置的依据.开发合适的计算方法建立计算精度高、工况适用性广的热-结构耦合计算模型是盘形制动器热负荷计算的关键问题.针对动车组用轴装制动盘制动过程,充分考虑制动闸片和制动盘的几何特性、运动特性和载荷工况,提出位移梯度循环法,基于ABAQUS软件建立盘形制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用位移梯度循环法推导出热流加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,解决摩擦作用沿制动盘周向差异造成的耦合结果偏差.运用位移梯度循环法对制动盘进行热-结构耦合分析,并将仿真结果与试验数据、现场调研成果进行对比,通过仿真与试验结果的峰值温度误差率、相关性系数等统计学指标及现场调研观测结果评定该模型的计算精度及工况适用性.研究结果表明:基于位移梯度循环法的热-结构耦合模型可有效模拟制动盘在制动过程中温度变化规律且具有良好的重复性与稳定性,结构场分析出的制动盘热裂纹失效易发位置与该型号制动盘装车运用情况相符.研究成果可有效模拟高速列车在制动时制动盘的热-结构耦合过程,尤其在大轴重下的持续制动或间隔制动工况下,制动时间越长,计算精度越高.
Abstract：Thethermalloadcalculationofdiscbrakeisakeylinkinthedevelopmentanddesignofhigh-speedtrainbrakedisc,anditscalculationresultsareusedasthebasistodeterminethetrainoperationparameters.Developingsuitablecalculationmethodsandestablishingathermal-structuralcouplingcalculationmodelwithhighcalculationaccuracyandwideapplicabilityofworkingconditionsisthekeyissueofthethermalloadcalculationofdiscbrakes.Inviewofthebrakingprocessofaxlemountedbrakediscsformultipleunits,thedisplacementgradientcyclemethodwasproposedbyconsideringthegeometriccharacteristics,motioncharacteristicsandloadconditionsofbrakepadsandbrakediscs.BasedontheABAQUS?softwareprogram,athree-dimensionaltransientheattransferfiniteelement(FEM)modelofdiscbrakefrictionpairswasestablished,andtheheatflowloadingformulawasderivedbyusingthedisplacementgradientcyclemethod,whichwashelpfulincalculatingthefrictionheatflowgeneratedinthebrakingprocessandsolvingthecouplingresultdeviationcausedbythefrictioneffectalongthecircumferentialdifferenceofthebrakedisc.Thedisplacementgradientcyclemethodwasusedtoanalyzethethermal-structuralcouplingofthebrakedisc.Thestatisticalindicators,suchasthepeaktemperatureerrorrateandcorrelationcoefficient,ofthecomparisonbetweenthesimulationresultswiththetestdataandthefieldsurveyresultswereusedtoevaluatethecalculationaccuracyandworkingconditionapplicabilityofthemodel.Theanalysisresultsshowthatthethermal-structuralcouplingmodelbasedonthedisplacementgradientcyclemethodcaneffectivelysimulatethetemperaturechangelawofthebrakediscduringthebrakingprocess,andhavegoodrepeatabilityandstability.Thebrakedischotcrackfailurepronelocationdiscoveredbythestructuralfieldisconsistentwiththeloadingandoperationofthebrakediscofthesametype.Theresearchresultscaneffectivelysimulatethethermal-structuralcouplingprocessofthebrakediscwhenthehigh-speedtrainappliesbraking,anditsadvantagesarereflectedintheconditionofcontinuousbrakingorintervalbrakingunderheavyaxleload.Thecalculationaccuracywouldnotdecreaseevenifthebrakingtimeisverylong.
作者：刘楠 金星 史建航 王炳锟 施玉奇 丰明阳 Author：LIUNan JINXing SHIJianhang WANGBingkun SHIYuqi FENGMingyang
作者单位：中车青岛四方车辆研究所有限公司,山东青岛266031中车制动系统有限公司,山东青岛266031
刊名：铁道科学与工程学报
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(2)
分类号：U270
关键词：高速列车 盘形制动器 热-结构耦合 热负荷计算 位移梯度循环法
Keywords：highspeedtrain discbrake thermal-structuralcoupling thermalloadcalculation displacementgradientcirculationmethod
机标分类号：O241.82O343.6V211.3
在线出版日期：2024年3月19日
基金项目：中车青岛四方车辆研究所有限公司科研项目高速列车盘形制动器热-结构耦合方法研究[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(2)刘楠 金星 史建航 王炳锟 施玉奇 丰明阳盘形制动器热负荷计算是高速列车制动盘研发设计的关键环节,其计算结果是列车运行参数配置的依据.开发合适的计算方法建立计算精度高、工况适用性广的热-结构耦合计算模型是盘形制动器热负荷计算的关键问题.针对动车组用...参考文献和引证文献
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