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。     

跨坐式单轨车辆轴端安装的制动盘设计

根据跨坐式单轨车辆走行部结构和空间尺寸,以及工作和维护需求,设计了可拆卸摩擦环的制动盘结构。制动盘直接压装在减速箱一级减速轴的外端。建立制动盘结构仿真模型,对制动盘温度场及热应力场进行有限元分析,仿真验算在超员载荷条件下的制动过程中制动盘的温度与应力。结果表明,所设计的盘毂轴端安装可拆卸制动盘热容量满足跨坐式单轨车辆制动要求。     

新型磁浮式轨道巡检车制动盘温度场及热应力场分析

摘要;采用ANSYS10.0有限元软件,建立了制动盘三维对称循环有限元模型,对实心、开通风槽和开通风槽及散热孔3种不同结构类型的灰铸铁材料的制动盘进行温度场和热应力场的分析.计算比较制动初速度为60 km/h时紧急制动情况下不同结构类型制动盘的热力学特性.仿真结果表明:3种不同结构的制动盘温度分布趋势和应力分布趋势基本...     

城际快速列车铸钢制动盘三维瞬态温度场和应力场仿真分析

为了新型城际动车组铸钢材料制动盘能满足热容量要求,建立制动盘的循环对称三维瞬态计算模型,考虑弹性模量、热导率、热膨胀系数和比热容等材料参数随温度变化的影响。采用间接耦合方法,利用有限元分析软件ANSYS,仿真不同制动初速度下连续两次紧急制动时制动盘摩擦热负荷产生的瞬时温度场及热应力分布。仿真结果表明:不同制动初速度下温度变化规律相似,但初速度高的温升高;制动盘摩擦升温最高为388.615℃,最大热应力为598.14MPa,通过比较,远低于铸钢材料许用温度和许用应力,能满足新型城际动车组的运行要求;铸钢制动盘是一种较为理想的制动材料,为结构设计与选材提供了理论依据。     

快速货车制动盘热应力分析

制动系统是快速货车的关键技术之一,制动盘是制动系统中承受机械及热负荷的主要部件。通过160km/h快速货车制动计算,确定了紧急制动过程中制动盘的边界条件,并通过ANSYS建立有限元分析模型,得到制动过程中制动盘温度及应力分布。通过分析计算,确定了在160km/h快速货车上每轴制动盘的数量。     

ULF轻轨列车制动盘温度场及热应力分析

为研究ULF轻轨列车制动盘在制动时温度场以及热应力的分布情况,对其建立了三维有限元模型,通过对制动盘施加合适的边界条件,模拟制动盘在工作状况下热流的产生以及热量的散失,并通过ABAQUS进行求解。其结果表明在制动过程中制动盘温度随时间先急剧上升而后下降,且沿径向递增,无稳态传热过程。制动盘热应力分布与温度场分布相关,但是制动盘热应力由内圆周沿径向先递减后递增,最大应力位置出现在制动盘边缘。因此,对于热应力而言,制动盘边缘为其薄弱部位。     

基于兰新线长大坡道动车组制动盘热仿真分析

制动盘是动车组制动系统的关键部件。电制动发挥异常时,在长大坡道线路上运营动车组对制动盘热负荷是一个严峻考验,因此研究动车组制动盘在长大坡道服役时温升情况对于分析整个制动系统的可靠性及安全性具有重要的意义。基于CRH5G动车组制动盘在兰新线军马场站-民乐站长大坡道线路上运用实际情况,建立了制动盘的三维模型及有限元网格模型,进行了军马场站-民乐站长大坡道调速制动及进站停车制动状态下的有限元热分析和试验验证。理论仿真结果得到了制动盘在长大坡道上最高温升为629℃,在室内1:1制动动力实验台上对相同工况进行试验验证,室内台架试验结果的最高温度为576℃,均高于UIC541-3-2010规定550℃的正常最大工作温度。为了提高动车组制动盘及闸片使用可靠性,建议在电制动异常情况下对动车组在长大坡道线路上的限速运营进行研究。     

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。     

城市轨道交通列车3次紧急制动工况下的制动盘热容仿真

城市轨道交通列车制动系统的设计需要满足3次紧急制动的需要,因此有必要对3次紧急制动工况下的制动盘热容量进行分析.基于有限元热机耦合仿真方法,通过建立的制动盘仿真模型,根据列车运行参数设置边界条件及仿真参数,利用有限元软件ANSYS计算得到瞬态温度场、应力场分布.仿真结果表明,基于ANSYS的有限元方法用于制动盘3次紧急制动工况分析的方法正确,根据设定的站间距分析的3次紧急制动工况下制动盘最高温度约293℃,最大应力约135 MPa,满足列车运行设计要求,可为制动盘的工程应用提供参考.     

基于三维模型的制动盘温度场和应力场计算

提出了一种以三维循环对称有限元模型计算制动过程中制动盘温度场和应力场的方法。讨论了温度场和应力场有限元分析时载荷和边界条件的确定，以及变材料常数的处理，利用大型有限元软件ANSYS建立了制动盘的三维对称循环有限元模型，对一种制动盘进行了计算和分析，给出了计算结果与实验数据的比较。     

闸片结构对制动盘温度场及热应力场的影响

制动盘表面温度和应力的分布关系到制动盘的寿命,而制动闸片的结构是影响制动盘表面温度和应力的关键因素。利用有限元软件,建立了闸片结构与制动盘温度场及热应力场分布的关系,并提出了与闸片结构和摩擦功率密切相关的结构因子的概念,摩擦面积和摩擦速度增加都将增加结构因子。模拟计算表明,随结构因子的增加,表面温度及热应力增加,结构因子的波动程度决定了热应力。减小结构因子变化的范围则可改善制动盘热应力的分布。结构因子的提出为改善制动盘温度场及应力场提供了参考依据,对闸片结构的设计具有指导意义。     

制动闸片结构特征的表征方法研究

闸片结构直接影响制动盘的温度场分布,而制动盘表面的温度场分布是影响制动盘使用寿命的重要因素.基于摩擦块空间分布特征与制动盘温度场的关系,探讨了制动闸片的表征方法,通过引入径向结构因子和周向结构因子两个概念,表征了摩擦块在径向和周向上的排布对制动盘温度场的影响程度,并利用有限元软件模拟验证了径向结构因子和周向结构因子与制动盘温度场的关系.结果表明,径向结构因子反映了摩擦功率沿盘径向的分布规律;周向结构因子反映出摩擦功率在制动盘周向的分布规律,通过这两个参数,较客观地描述了闸片的结构特点,并可用于评价制动闸片对制动盘热应力分布的影响程度.     

高速机车轴盘制动装置温度场分析

通过计算接触面热阻、间隙导热系数和表面换热系数,在ANSYS里建立三维模型,比较真实地模拟了机车轴盘制动装置制动过程的热量传递.分析了其温度场和热应力分布,并讨论了相关参数对盘毂与外空心轴过盈面温度和温度梯度的影响,结果表明:紧急制动时,制动盘最高温度在制动53 s时刻,而最大热应力出现在17 s时刻,最大热应力值为432 MPa,小于制动盘许用应力;可以采取增大制动盘和盘毂间隙来增大热阻,减小温度梯度对过盈配合的影响.     

200km/h高速机车制动盘及联接件温度场、应力场数值模拟

根据传热学原理,建立了高速机车制动盘的传热数学模型,利用ANSYS有限元程序,对200km/h机车制动盘及联接件进行了温度场、应力场数值模拟。同时进行了1∶1台架试验,试验结果表明,数值模拟具有较高的准确性。并根据仿真结果,得出了制动盘及联接件瞬态温度场和应力场的一般规律。     

使用涡流制动的高速动车组制动力匹配分析研究

分析了在高速动车组制动系统中增加线性涡流制动后,涡流制动力和空气制动力的分配原则。接着讨论了基于试验数据建立钢轨温升和闸片磨耗数学模型的方法。基于经验公式以减少钢轨温升和减少闸片磨耗为目标,提出一种分配涡流制动力和空气制动力的优化控制策略。通过优化计算,给出了涡流制动力和空气制动力的分配关系。     

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。     

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。     

高速动车组轮盘用紧固螺栓仿真分析

高速动车组轮装制动盘通过多个螺栓与车轮固定,制动过程中,由于制动盘和螺栓产生热变形,导致螺栓承受较大拉应力,存在失效可能。利用有限元软件ABAQUS,建立了与实际相符的高速动车组轮装制动盘、车轮、联接件、螺栓套的有限元模型,螺栓施加相应的预紧力。计算得到300km/h高速动车组制动盘和螺栓联接件的温度场和应力场结果,校核了螺栓强度,为不同时速的动车组轮装制动盘用螺栓提供了模拟计算方法。在1∶1台架试验上,验证了模型温度场计算的准确性。