盘式制动器广泛应用于各类车辆。由于其直接影响整车的行驶安全性和可靠性,因而在整车中占据了举足轻重的地位。此外,随着车速的不断提升,制动时产生的热量也随之剧烈增加,这也对盘式制动器的性能提出了更高的要求。因此,对制动过程中盘式制动器的热响应特性进行研究显得至关重要。综合运用机械振动学、转子动力学、传热学以及接触力学等多领域知识,在考虑制动过程摩擦接触所致振动变形的前提下,本文仿真研究了盘式制动器制动过程的热响应特性,并利用模拟试验研究验证了仿真方法的正确性;通过模拟试验,对制动盘盘面上一点的侧向振动位移和温度、制动过程中的噪声、制动时间及制动减速度等多场物理量进行了深入分析。首先,本文以城轨列车为例,对实际制动过程中运动学/动力学参数进行计算,并在这些参数的基础上对列车制动盘进行三维流场仿真。通过流场仿真,得到了制动全过程制动盘周围及通风孔内部的流场分布,分析了全域表面对流换热分布规律,获得了后续求解温度场及应力场所需的对流换热边界条件。其次,考虑摩擦接触所致振动变形,开展三维热固耦合仿真研究,对城轨列车制动盘摩擦面温度及应力响应分布进行了分析。通过分析制动盘摩擦面相关节点的轴向位移,给出了制动初期振动所致摩擦面出现剧烈热应力波动现象的合理解释,找到了制动过程制动盘摩擦面轴向剧烈振动危险区域。最后,设计搭建了小型制动测试试验台,开展制动过程多场模拟试验研究。在不同系统转动惯量、制动压力和初始转速等工况下,基于试验测得的制动盘盘面一点的侧向振动位移和温度、制动过程噪声、制动时间及制动减速度等数据,通过温度历程对比分析验证了理论仿真方法的正确性,研究了侧向振动位移和噪声的幅频特性以及温度时域变化规律,分析了制动过程热响应及制动性能参数的实测演变特性。本文研究工作对盘式制动器多场耦合分析设计以及试验测试具有一定的指导和参考意义。