随着列车速度的提高,制动盘表面的温度和应力增加,因此产生的热疲劳失效成为制约制动盘寿命的主要原因。在制动过程中,闸片的结构直接影响制动盘表面热量的分布,而制动盘表面热量的分布直接影响着制动盘的使用寿命。因此,研究制动盘的温度和热应力分布规律与闸片结构的相互关系,是提高列车制动安全性和制动盘使用寿命的主要手段。本文依据盘形制动摩擦副在摩擦过程中热量的产生和分布的特点,研究了闸片结构对制动盘热量分布的影响。同时利用有限元模拟软件ABAQUS,参照高速列车制动盘和制动闸片的实际尺寸,构建了闸片与制动盘的热-机耦合模型,对摩擦过程进行数值模拟,分析了闸片结构与制动盘的温度场和应力场的相互关系,得到以下结论:(1)基于制动块空间分布特征与制动盘表面热量分布的关系,探讨了制动闸片结构的表征方法,定义了考虑闸片摩擦半径、摩擦弧长和摩擦面积等因素的结构因子,该参数可以表征闸片结构对制动盘表面热量分布的影响,这对闸片的结构设计具有一定指导意义。(2)制动块的形状和排布形式均影响到制动盘的温度场和应力场分布。仿真结果表明:制动盘表面的最高温度环和最大应力环分布与理论计算最大结构因子所处的制动盘摩擦半径相吻合。(3)制动盘表面的最高温度和最大应力随闸片的结构因子的增大而增大,数值模拟验证了闸片结构因子即可以表征闸片结构对制动盘和闸片的热量分布,也可以表征制动盘表面热应力的分布。(4)利用结构因子对由九块圆形制动块组成的闸片结构进行了结构优化。优化后的闸片结构对偶盘表面最高温度和最大热应力也均显著降低,且优化后的闸片结构对偶盘表面温度沿制动盘径向分布均匀化程度明显提高,从而提高制动盘的使用寿命。