盘形制动有限元模拟计算方法研究

建立3种制动盘制动过程有限元计算模型,即:部分盘间接耦合模型、整盘间接耦合模型、弹塑性热-机耦合模型,并以1∶1制动试验结果和红外线温度成像系统测试的温度为依据,分析不同模型计算结果的准确性和适用性。在部分盘间接耦合模型的基础上,通过改变热流加载方法提出整盘热流移动加载间接耦合模型,该模型可用于模拟计算制动盘的整体温度场和应力场。在接触直接耦合法的基础上,考虑材料的塑性影响,建立弹塑性热-机耦合模型,该模型可用于模拟制动盘摩擦面的局部热损伤。     

高速轮轨列车制动盘热应力有限元研究

盘式摩擦制动器在高速轮轨列车上有着广泛的应用。但该制动器在制动过程中因制动盘温度的急剧上升,将使制动性能降低,甚至有可能导致制动盘失效,因此制动盘温度和应力分布对制动盘的寿命及制动性能有着重大影响。本文采用有限元方法对高速轮轨列车制动盘的瞬态温度场和热应力进行了分析研究。根据制动盘制动原理和传热原理,确定了温度场和热应力有限元分析中的载荷、边界条件、加载过程和模拟工况,通过对蠕铁、25Cr2Mo1V和35CrMo 3种制动盘材料在相同结构、相同制动过程条件下的热应力分析,对不同材料制动盘热应力的影响进行了考查和热特性的分析对比,为制动盘的设计和优化提供了依据。     

基于摩擦功率法的列车制动盘瞬态温度场分析

针对在已有的制动盘瞬态温度场模拟中,摩擦表面摩擦生热热流密度的计算没有考虑摩擦热流在摩擦面上分布的差异,提出用摩擦功率法及摩擦副周向接触长度确定制动盘摩擦面摩擦生热热流密度的方法。根据温度场分析时的载荷和边界条件,建立制动初速200 km.h-1条件下列车紧急制动过程中制动盘瞬态温度场的有限元模型并进行数值分析,结果表明:在制动过程中,制动盘高温区域集中在制动盘摩擦半径至外径区域,温度最高可达289.9℃;摩擦热流对盘体内径附近区域的影响较小;能反映出制动盘和闸片周向接触长度径向分布对制动盘表面温度场分布产生的影响。     

380km/h高速列车轮装制动盘研制

综合分析研究了380km/h高速列车制动盘的结构、材料化学成分及力学性能,得到满足制动盘技术要求的低合金铸钢材料及循环对称散热筋结构。热应力计算结果表明紧急制动过程中最大热应力为448MPa,小于材料的屈服极限。首次针对高速列车制动盘提出并实施了1 000次11制动动力台b架疲劳试验,疲劳试验表明制动盘摩擦面没有出现热斑、热裂纹等不良状况。初速度为420km/h紧急制动工况下热成像测试显示制动盘表面温度分布比较均匀,制动盘摩擦面最高温度为608℃,满足380km/h高速列车基础制动技术条件要求。     

列车车轮踏面制动温度循环试验与温度场仿真分析

在分析货物列车踏面制动方式下车轮踏面热振裂纹和车轮热疲劳裂纹产生机理的基础上,以国内碾钢车轮材料为对象进行踏面制动温度场试验,重点研究制动过程中摩擦热源向转动车轮踏面表面传热的关系,模拟车轮旋转周期内闸瓦摩擦生热和对流换热交替变化的规律,建立车轮制动过程瞬态温度场三维有限元模型,改进以整体输入热流和对流换热的简化模式为基础的传统理论的热应力计算方法。通过在摩擦制动动力试验台进行的制动试验,证明计算模型从宏观和细节方面比较完整地反映了车轮踏面制动热温度场的实际工况。为确定车轮踏面制动极限和作用方式、列车制动距离等技术规范提供计算依据。     

基于有限单元法的客车盘形制动盘瞬态温度场分析

根据能量守恒定律导出了铁路客车制动盘表面的热流密度方程，并结合制动时空气对制动盘的作用特点，提出了一种表面传热系数随客车速度变化的计算方法。建立客车盘形制动盘的三维有限元模型，在紧急制动和长大下坡道常速制动两种工况下，对制动盘进行了瞬态温度场分析。     

列车制动盘热分析现状与展望

盘形制动是一种广泛应用于轨道列车和汽车的制动方式。在制动过程中制动盘及制动闸瓦会产生大量热量,从而影响制动性能,故对制动盘进行热分析十分必要。基于盘形制动在列车上的运用情况及重要性,介绍了列车制动盘常用材料、制动盘结构型式及相关的热分析研究,并对不同的制动盘热分析方法进行分析比较,最后对列车制动盘热分析的现状及发展方向进行了总结和展望。     

列车制动摩擦热预测

在制动负荷较高的情况下,制动盘等的摩擦表面就会产生热斑和热裂等热现象。要解决这一问题,需对制动摩擦热做出精确的预测。文章使用二维和三维有限元模型,在小型摩擦试验机上对制动盘和制动块的摩擦热进行了预测和导热分析。结果表明,用有限元法进行导热分析能够预测制动盘和制动块的摩擦热。     

铝合金和锻钢制动盘摩擦面热损伤研究

热斑和热裂纹是钢铁制动盘摩擦面在服役过程中普遍存在的热损伤现象.本文采用热一机耦合模拟计算和理论分析相结合的方法,对铝合金和锻钢制动盘的摩擦面热损伤进行比较,研究材料性能对摩擦面热损伤的影响.研究表明,在相同的制动条件下,铝合金制动盘的摩擦面热损伤明显比锻钢制动盘轻,铝合金低的弹性模量和良好的导热性能使铝合金制动盘摩擦面无热裂纹、少热斑甚至无热斑.     

基于现车模型和制动控制的基础制动装置热负荷仿真分析

高速动车组制动时会产生巨大的内能,考验着制动盘热负荷能力。通过分析某型高速动车组紧急制动工况的试验数据,针对该型动车组制动盘比热容和导热系数的曲线特性进行了对比,搭建了符合该型动车组的制动盘热负荷仿真计算平台。利用动车组制动盘热负荷仿真计算平台,可为列车在实际线路条件下组织运输、试验提供理论支撑。     

基于热—机耦合的大轴重车轮踏面制动热负荷仿真分析

重载列车车轮踏面制动是一个复杂的动态接触热—机耦合问题。文章利用有限元分析软件ABAQUS建立了重载车轮踏面制动的瞬态热—机耦合有限元模型,对单闸瓦踏面制动过程进行了紧急制动工况的数值仿真,并利用重载货车车轮制动热负荷试验结果对模型进行验证。利用该模型分析了不同工况下重载车轮紧急制动过程中的热负荷及热应力情况,为研究大轴重车轮踏面制动热负荷极限和热损伤问题提供了理论技术支持。     

高速动车组粉末冶金闸片研制及试验研究

时速350km/h高速列车在紧急制动过程中将产生巨大的热负荷,制动过程中闸片的瞬时温度将达到900℃以上,在此极端工况下普通的闸片材料将难以胜任。根据UIC标准相关要求,结合中国高速列车的运用特点,研制出一种性能优良的高速列车铜基粉末冶金闸片,经大量试验研究分析最终证明所研制高速动车组粉末冶金闸片摩擦性能优良、导热性、耐磨性好,对制动盘无损伤,满足350km/h高速列车制动系统相关需求。     

基于流场分析的列车轮盘制动温度场仿真

针对列车轮盘制动,建立了制动盘、车轮和车轴(轮盘)的几何模型,并根据不同区域的温度分布特点划分了疏密不同的有限元网格。根据列车的减速制动、进站停止、加速启动和匀速运行4种不同运行状态,建立了轮盘的热边界条件。采用均布热源法计算制动过程中输入制动盘面摩擦接触区的热流密度。在不同列车运行速度下,利用CFD软件对轮盘附近的流场进行稳态计算,进而获得不同速度下轮盘各表面对流换热系数的平均值,并利用最小二乘法拟合出平均对流换热系数与速度的函数关系。最后针对国内某一地铁线路,计算了连续两次紧急制动和经过10个车站的模拟运营制动(纯空气)两种工况下的轮盘温度场,得到了最高温度点的温度值随时间的变化曲线。     

铁路客车制动盘的运用现状及展望

对我国现有铁路客车制动盘的结构、材料及运用现状进行介绍,并针对不同制动工况下的蠕墨铸铁材料制动盘的适用性进行了分析,指出目前客车制动盘的热容量无法满足更高制动工况的使用要求。进而从现有材料提升、转向架及摩擦副配置以及制动盘材料更新等角度提出了发展我国铁路客车制动盘的建议。     

应用流场分析制动盘温度场

以列车实心制动盘为研究对象,通过建立列车实心制动盘的流场模型,运用有限元分析软件ANSYS CFX,通过改变初速度、制动压力以及风速等参数获得制动盘在制动过程中温度场分布、平均热流密度以及平均换热系数,简要分析了成因,发现初速度、制动压力对制动盘温度场均有影响,且初速度影响程度很大,而风速对温度场影响较小,研究成果有利于空气热交换对列车行驶过程中制动盘的影响进行评估分析。     

盘形制动温度及受热变形的计算

介绍一种可求出制动摩擦面温度及法向热变形量的数学模型，同时考虑了摩擦力产生的热流随时间和沿径向的变化情况。模型预测结果与试验数据相吻合，证明制动盘原有表面热变形对接触面的影响可以忽略不计。     

粉末冶金闸瓦踏面制动仿真计算方法的对比分析

借助Marc有限元软件,采用热-机耦合方法和非热-机耦合方法2种仿真计算方法分析粉末冶金闸瓦踏而制动过程,从仿真计算原理、模型建立、边界条件的设置以及仿真计算结果4个方面对比分析2种仿真计算方法的特点.分析表明,采用热-机耦合方法可以得出制动距离、制动时间、车轮踏面温度变化轨迹等制动关键参数的仿真计算结果,能够比较全面地反映实际制动工况,其计算结果也与制动试验结果比较接近,但不能对车轮热应力场进行计算;采用非热-机耦合方法,仅能对车轮踏而温度场及其热应力场进行仿真,不能完整地再现整个制动过程.仿真计算方法的选择需要根据实际研究要求确定.     

高速列车盘式制动器散热筋结构散热研究

为了提高高速列车制动过程的安全性,需对制动盘散热筋结构进行优化设计。文章运用ANSYSworkbench软件建立三维瞬态模型,基于能量折算法对8种方案下不同结构参数的制动盘进行温度场仿真,研究在制动初速度为350 km/h时的一次紧急制动工况下,散热筋高度、排列密度和排流角的改变对制动盘温度场和热应力场影响的变化规律。仿真发现:增加散热筋高度、增大排流角、降低排列密度有助于制动盘散热;在紧急制动工况中,最高温度点在制动盘面,最大热应力在散热筋侧面;8个方案中,方案7满足初速度为350 km/h的高速列车制动要求,最高温度相对最低,最大热应力可降低36 MPa。     

高速动车组制动摩擦副的仿真分析

基于ABAQUS6.10非线性有限元软件建立高速列车轮装制动盘摩擦副生热有限元模型。根据高速列车运用的实际情况施行热交换边界条件。计算了380km/h列车在紧急制动过程的温度场、应力场分布情况。仿真结果表明,一次紧急制动,制动盘磨擦升温最高可达795℃,且高温区域集中在制动盘摩擦表面的中部区域,应力最大值达到450MPa,在所选铸钢材料的强度限制范围内,满足高速列车制动基本技术条件要求。     

制动工况下“站桥合一”客站纵向动力研究

为研究高速列车制动对"站桥合一"客站纵向动力响应的影响,利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-客站耦合系统纵向动力模型。分别采用有限元方法建立轨道-客站三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和客站耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以天津西客站为例进行车-站纵向耦合振动分析。研究结果表明:高速列车站内制动对客站结构纵向动力响应影响较小,列车停车瞬间轨道层及高架层纵向位移及加速度达到最值;双线反向制动工况下客站各层结构纵向位移及加速度较单线制动小;车致振动沿楼层高度方向传递过程中,振动加速度逐渐衰减,屋顶层加速度最小;客站各层纵向位移及加速度最大值均随列车制动级别的增大而增大,轨道层加速度最大值增幅最为显著。