基于ANSYS的高速列车制动盘数值模拟

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随着高速列车的飞速发展,其速度在不断的提高,这就给列车制动带来了难题。无论在常规制动还是紧急制动,制动盘都起着至关重要的作用,特别是在紧急制动时,通过制动盘摩擦进行制动是唯一的制动方式,因此,制动盘的研发几乎成为列车进一步提速的瓶颈问题。目前我国的高速列车制动盘很难满足300km/h以上的高速列车的使用要求,基本都是依赖于从国外进口,目前国内许多科研人员正在从事这方面的工作,本文基于这个现状开展了工作。制动是一个复杂的过程,是涉及摩擦学、热力学、动力学及材料学等各个方面因素交互作用的过程。国内外针对制动盘的研究,问题集中在对盘的断裂分析或者失效分析、裂纹分析,进而着重分析制动过程中盘上出现热斑的热疲劳损伤状况,所采用的研究方法一般为数值模拟结合台架实验。经过众多科研人员的努力,发现制动盘在制动时产生大量的热,短时间内无法扩散出去,从而导致制动盘表面温度很高,而其产生的热应力是制动盘失效的主要原因。本文利用大型通用有限元软件ANSYS10.0对时速为300km的高速列车轴盘进行研究,建立了三维模型,讨论了载荷的施加,并计算出轴盘在一次紧急制动过程中每一时刻的温度场,热应力场。从计算结果可以看出,在一次紧急制动过程中,制动盘的温度最高时刻出现在开始制动后第60秒左右,其最大值为329.6℃,高温区始终是在摩擦环上,并且经历了一个开始是带状,随后是团状热班不断向周围扩散的过程:而最大应力值大概为311MPa,出现在开始制动后大概第47秒左右,并且最大应力区域分布在筋板所对应的盘体正表面上,且靠近盘的内侧;并且制动盘环向的应力始终大于其它方向的应力。从而得知这种带有散热筋板的锻钢制动盘应该可以满足时速为300km的高速列车轴盘的使用要求。最后本文提出了进一步精确计算的方法,并对进一步研究制动盘的方法提出建议。
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