基于有限元法的动车组制动盘制动能力分析

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,对不同制动初速度、减速度和载重条件下,紧急制动过程中的三维瞬态温度场和热应力场进行仿真和分析,得出了给定条件下制动盘温度、应力情况,并从制动盘所能承受的最高温度和最大应力两方面分析了其制动能力.     

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ANSYS的车轮踏面紧急制动热分析

基于有限元软件ANSYS的瞬态热分析方法,建立车轮紧急制动的三维弹性模型,该模型考虑了车轮的真实尺寸和材料特性。瞬态热分析用于处理车轮紧急制动时产生的热效应结果,考虑了车轮与闸瓦的热传导以及与空气的热交换。该模型仿真了连续两次紧急制动过程,得到了最高温度出现在第2次紧急制动过程中以及温度随时间变化的情况。沿径向深度同截面不同节点的温度变化分布情况也已获得。将所得温度结果作为热载荷加载可得对应的等效应力分布情况。考虑了表面换热系数和轴重等因素对紧急制动温度的影响,结果表明在较高速度下,表面换热系数影响不大,轴重有着较大影响。     

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。     

重载列车紧急制动过程车轮踏面疲劳裂纹萌生寿命预测

基于Abaqus软件,建立闸瓦-车轮-轨道三维有限元模型,设置车轮钢材料的接触属性和材料属性,对重载列车紧急制动过程进行热力耦合仿真;基于损伤参量的疲劳裂纹萌生寿命预测模型,分析重载列车整个紧急制动过程中车轮踏面瞬态温度分布、径向和切向应力分布以及弹性和塑性应变分布,并通过计算车轮踏面损伤参量判断疲劳裂纹萌生位置,预测不同轴重和不同闸瓦压力对车轮踏面疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明:重载列车紧急制动时,车轮踏面上制动温度越高则相应热应力、热应变也越大,尤其当踏面最高温度超过100℃时,热负荷对裂纹萌生的影响更加显著;车轮踏面上裂纹萌生更多的是由剪应力和剪应变引起,轮轨接触斑内是最先萌生裂纹的区域;轴重为30 t、闸瓦压力为21 kN、初速度为100 km·h~(-1)时损伤参量最大为3.801 1,最大循环制动次数仅有236次。     

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。     

中速磁悬浮车辆制动夹钳的设计分析

文章对中速磁悬浮车辆制动夹钳的结构和安装进行阐述,并对该机构的设计进行分析验证。通过建模计算制动夹钳在水平曲线和竖直曲线上最大偏移量和最大偏角,以及使用有限元建模分析碳陶闸片及F形轨道在连续紧急制动工况下的温升情况。最后通过计算以及试验台测试闸片的平均摩擦因数、最高温度、闸片瞬时摩擦因数等数据,可知制动夹钳的曲线通过性能和碳陶闸片的耐热性和连续紧急制动工况下的摩擦因数均满足设计要求。     

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。     

不同工况对制动闸片摩擦性能的影响

针对高速列车制动系统运行条件,采用1︰1制动动力试验台模拟低温造雪环境,进行不同制动压力和不同制动初速度下有无残砂或制动盘有碎屑的紧急制动试验,以及低温造雪环境下初速度250km/h不同制动低压力的持续制动试验。测试闸片的平均摩擦系数和制动过程中盘面的最高温度,并观察制动盘和闸片的表面状态。结果表明,紧急制动不同工况下,闸片的平均摩擦系数随着制动压力和制动初速度的升高呈曲折升高趋势,盘面最高温度也不断升高并在初速度160 km/h时趋于一致;无残砂工况下,连续致密的摩擦膜在制动初速度80km/h时形成,有残砂或制动盘有碎屑工况下在制动初速度120km/h时形成。低压持续制动时,闸片平均摩擦系数和制动盘表面温度受接触面带冰膜的摩擦膜影响。     

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。     

中低速磁浮列车制动闸片热容量仿真分析

为研究中低速磁浮列车制动闸片在极端工况下的温升表现,文章对列车制动过程中与制动闸片热容量相关的物理参数进行了系统的阐述,并基于有限元数值模拟的方法进行瞬态温度场仿真分析,得到了全线路常用制动和紧急制动工况下的制动闸片温升性能.     

和谐型大功率内燃机车高摩合成闸瓦的研制

以丁腈橡胶改性酚醛树脂为黏合剂,石墨、铝矾土、钾长石粉、还原铁粉和沉淀硫酸钡等为填料,钢纤维和海泡石纤维为增强纤维,混合构成了高摩合成闸瓦的摩擦材料;通过反复实验,优化配方及工艺,研制出适合我国和谐型大功率内燃机车运用需求的高摩合成闸瓦。测试结果显示:研制的高摩合成闸瓦的各项物理力学性能及制动摩擦磨损性能符合和谐型大功率内燃机车的技术要求,其中冲击强度和压缩模量分别达到3.8kJ.m-2和460MPa。在1∶1制动动力试验台上的测试也显示,在120km.h-1速度下重车的制动距离以及车轮踏面最高温度和磨耗量分别为817m,215℃和0.87cm3.MJ-1,完全满足120km.h-1速度下紧急制动距离小于1 100m、车轮踏面最高温度小于400℃、重车制动磨耗量小于1.5cm3.MJ-1的使用要求,综合性能达到了国外同类型高摩合成闸瓦的水平。     

中低速磁悬浮列车制动热容量试验研究

针对中低速磁浮列车制动热容量研究,通过线路试验,采集列车实施紧急制动、快速制动和常用制动过程中制动闸片的温度数据,并对试验结果进行分析,为制动闸片有限元分析提供依据。试验中制动闸片的最高温度为392.6℃,小于最高允许温度600℃,证明制动闸片符合设计要求。     

超长重载列车纵向力影响规律仿真研究

建立超长重载列车纵向动力学仿真模型,并利用大秦线3万t重载组合列车长大下坡道制动试验数据对其进行验证;分析超长重载列车平直道制动工况时列车编组长度、机车无线同步控制延迟时间,以及长大下坡道常用全制动时坡度差、车钩间隙和ECP制动控制技术对纵向力的影响规律.结果表明:正常情况下,4万～12万t超长重载组合列车编组长度对平...     

重载货车车轮热负荷问题的探讨

讨论了重载货车制动热负荷对车轮的影响,简要回顾在这方面已经取得的研究成果,并提供了计算机仿真分析的几个典型热制动工况下的应力和温度场结果,包括坡道制动工况和停车制动工况。对手制动作用于运行车轮的工况进行了分析,检验了不同闸瓦作用位置对温度场的影响,并介绍了与热负荷相关的车轮更换问题。     

列车空气制动与纵向动力学集成仿真

长大列车纵向冲动一直是重载列车发展的瓶颈,空气制动不同步是列车纵向冲动的根源,制动特性试验方法已不能够满足仿真各种列车编组的纵向冲动分析的需求,特别是多机车不同步动作、列车中有可控列尾装置等使得试验基础上的制动特性更具有局限性,因此获得适用性更广的制动特性成为纵向动力学研究的首要问题。本研究开发了列车空气制动与纵向动力学联合同步仿真系统,该系统基于消息机制,能够在运行过程中改变列车驾驶指令。介绍列车制动系统和纵向动力学同步仿真基本原理,气体流动理论,列车管压强、缸内压强计算方法,机车牵引、动力制动,缓冲器特性、摩擦系数、纵向冲动等计算方法。仿真计算典型长大列车制动特性和纵向冲动特性并与试验结果进行比较,与试验结果吻合较好。该仿真系统适合于模拟各种编组列车在各种线路运行过程中制动力与车钩力等重要参数,为制动系统和列车纵向冲动等研究提供方法和手段。     

再论我国列车空气制动力计算参数的成套性原则

介绍我国客货列车空气制动力的计算参数.论述制动力计算中的基础制动装置计算传动效率、实算闸瓦压力和闸瓦实算摩擦系数的成套性.指出《列车牵引计算规程》规定的实算摩擦系数是根据实算闸瓦压力试验出来的,而试验时用的实算闸瓦压力又是按基础制动装置的计算传动效率计算的,所以在计算列车空气制动力时,其中的实算闸瓦压力必须用计算传动效率计算.否则不能得出正确的计算结果.     

高速列车制动盘残余应力数值仿真及试验验证

通过建立极坐标下热应力平衡方程,求解得到制动盘热应力表达式;采用有限元分析法对初速度为270 km/h的高速列车合金锻钢制动盘紧急制动工况后的残余应力进行数值模拟分析。结果表明,较大的残余拉应力分布在摩擦面上,随厚度方向逐渐减小,最大残余应力值542 MPa,且在摩擦环内应力分布并不均匀。用X射线应力测定仪对制动盘摩擦环的残余应力进行测定,试验测得最大残余应力值为348.4 MPa。仿真结果和试验结果相差35.7%,结果虽相差较大,但变化趋势基本一致,且合乎实际。理论仿真结果能直接用于制动盘疲劳裂纹扩展评定和寿命预测。     

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.