制动盘和闸片是高速列车盘式制动器的重要组成部分,本文在查阅大量相关文献的基础上,以制动盘和单个制动块组成的“基本制动元”为研究对象,应用有限元软件ABAQUS,建立了“基本制动元”模型,采用热—机耦合方法,研究了稳态制动温度场的变化规律,并进行了实验验证,提出了等面积制动块形状因子的概念,对制动盘和闸片进行了实模态分析,研究了结构和约束对制动盘和闸片固有频率的影响规律,为制动器减振降噪提供依据。以常用的圆形制动块与制动盘构成的摩擦副为研究对象,采用定速、恒压条件进行了制动温度场和接触压力的仿真分析。结果表明,制动盘和制动块的接触面温度变化曲线都呈现出锯齿状的变化特征,制动盘温度场云图由开始的尾巴形状,逐渐过渡到环带状,最后由斑点状高温区域相互连通而形成条带状分布。制动块温度场云图由开始的舌头状逐渐变为带状,温度向出口方向扩散,最后沿厚度方向辐射至整个模型上。制动温度场实验研究表明,模拟温度曲线和实验温度曲线趋势相同。说明使用“基本制动元”模型进行研究的方法是可行的,其结果也具有揭示过程本质特征的特点。提出了制动块等面积形状因子的概念,并进行了公式推导,即Fs=0.0174R·θ/L表达式中既包含了制动块关键要素,又包含了摩擦半径,所以能够比较全面的反映摩擦副之间的相互作用。形状因子描述的是一类图形的属性,等面积形状因子可以衡量制动块形状的区别,也可反映其在制动盘上的摆放位置不同。仿真结果对比分析表明,制动块形状因子越小,制动盘和制动块的温度越低；制动块形状因子越大,制动盘和制动块的温度越高。等面积制动块形状因子的提出为设计者提供了制动块形状设计的理论参考依据。研究了结构和约束对制动盘和闸片振动模态的影响,制动盘边缘处结构的改变对制动盘每一阶频率的影响趋势基本一致,约束的改变对频率大于5000Hz以上的模态影响敏感,设计者可以根据实际测量的噪声频率范围,通过改变结构或约束的方法,避开噪声频率,达到减振降噪的目的；制动块排列方式改变后,各阶频率都不同程度的变化,频率越高,变化越大,在约束数量不变的情况下,将闸片钢背的约束影响半径由原来的5mm增大到10mm,闸片的模态频率也随之增加,10KHz以内的增加幅度较小,大于10KHz的增加幅度较大,所以设计者可以通过改变制动块的排列和增大约束半径范围的方式改变所关心的模态振动频率。