高速列车合金锻钢制动盘温度场仿真分析

紧急制动时的制动盘温度状况与其使用寿命密切相关,而如何准确预测制动盘摩擦表面的温度及温度场分布成为研究摩擦制动盘表面磨损、金相转变及热裂纹的关键技术。本文提出了一种把热辐射系数折算成对流换热系数的方法,建立了锻钢制动盘三维循环对称有限元模型、热输入数学模型及对流散热数学模型。用平均轴制动功率法,对高速列车“中华之星”在270 km/h紧急制动时制动盘温度场分布进行仿真。仿真结果表明,高速列车实施紧急制动时,制动盘摩擦升温最高可达935℃,且高温区域集中在制动盘摩擦表面的中部区域。在1∶1制动动力台进行紧急制动试验,试验结果与仿真数据比较接近,从而验证了该模型的有效性,为制动盘应力场分析及其结构参数优化提供了直接依据。     

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。     

跨座式单轨车辆制动盘温度场分析与改进

跨座式单轨车辆是现代城市轨道交通中的一种,具有爬坡能力强、转弯半径小、占地少、噪声小以及成本低等优点。但相对传统铁路车辆,其制动工况更为频繁,使得制动盘承受更加恶劣的热负荷作用,导致疲劳寿命明显下降,从而影响车辆的安全运行。文章利用ANSYS三维有限元软件,建立跨座式单轨车辆制动盘仿真模型,对温度场分布进行仿真计算;改进热流密度和对流换热输入模型,将改进后得到的结果与传统能量折算方法结果进行比较分析,结果表明改进方法合理,得到的结果更符合实际情况。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高速列车锻钢制动盘温度场特征的实验研究

为了研究我国自主研制开发的高速列车合金锻钢制动盘在制动过程中所承受的热载荷,在1∶1制动动力试验台上进行220,270,300 km.h-1的3种初速度下的制动试验,并利用红外热像仪对制动过程中制动盘表面的温度场进行观测。结果表明:在制动过程中,盘面温度分布先由制动初期的带状升温扩展成面状,再由面状降温退缩形成团状热斑;盘面温度在制动过程中经历了急速上升、快速下降和缓速下降3个阶段;盘面最高温度随制动初速度的增加(220~300 km.h-1)而增大(700~1 200℃)。     

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。     

接触面积和接触方式对制动盘温度场的影响

摩擦块的接触面积和接触方式影响制动盘温度分布及峰值温度,温度场又是决定制动盘服役寿命的重要因素。利用ADINA有限元软件,针对设计的两种接触方式的三角形摩擦块与制动盘组成的摩擦副,数值模拟制动压力0.7MPa、制动速度200km/h工况下,接触面积对制动盘温度场的影响。结果表明,随接触面积的减小,峰值温度时刻与制动结束时的盘面温度小幅度升高。接触方式的不同,会导致盘面温度分布和峰值温度的差别。中间接触方式的接触弧长度长,盘面高温区集中在中部,温度高,径向温度梯度大。两侧接触方式位于两侧的摩擦区生热,利于向盘中部无摩擦区的热传导,使盘面温度均匀程度提高。     

流场分析在地铁车辆踏面制动温度场仿真中的应用

针对地铁车辆踏面制动,建立了车轮车轴的轴对称简化几何模型,并且根据温度梯度的分布特点划分了疏密不同的有限元网格。根据车辆的加速启动、匀速运行、减速制动和进站停止4种不同运行状态,建立了车轮车轴的热边界条件。采用均布热源法计算制动过程中输入踏面摩擦接触区的热流密度。利用CFD软件对车辆不同运行速度下的车轮车轴附近流场进行稳态计算,进而获得不同速度下车轮车轴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9个车站的模拟运营制动(纯空气)两种工况下的车轮车轴温度场,得到了最高温度点的温度值随时间的变化曲线。     

准高速客车制动盘温度场及应力场的计算与分析（上）

温度场，应力场仿真计算，已开始在盘形制动机制盘的设计中应用，作者通过对该仿真计算在准高速盘形制动机制动盘设计中应用的总结，提出准高速制动过程制动盘内温度，应力的分布特点及其由此引起的制动盘在运用中需要考虑的问题。通过计算分析，还提出了设计高速列车制动盘应注意的问题。     

3D打印制动盘的制动温度场仿真及试验验证

采用金属3D打印技术制造了悬挂式单轨车辆的2∶1比例制动盘。为了验证该制动盘的实际使用可靠性,采用Ansys软件建立了相应的有限元模型,并且进行了紧急制动过程下的仿真,得出了相应过程中的制动盘温度场分布。为确认仿真结果的可靠性,采用试验装置对3D打印制动盘和传统铸造制动盘进行对比试验验证,测量制动盘温度分布。试验结果证明,3D打印制动盘能满足制动性能要求,可代替传统生产的制动盘。     

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。     

高速列车制动盘的温度场、热应力场的数值模拟

以300 km/h高速列车的车轴制动盘为研究对象,利用ANSYS建立循环对称的三维模型,讨论了载荷的施加方式;通过计算得到其各个时刻的温度场,从而得到制动盘温度变化的情况;由温度场继续计算,得到了热应力场.     

永磁同步电机的三维流场温度场耦合计算

随着永磁同步电机功率密度的提高与体积的减小,准确预估其温升成为设计过程中的关键难题。为解决该难题,以某永磁同步电机为研究对象,基于基本假设和求解条件,采用多参考坐标系模型与有限体积法对永磁同步电机三维流动与传热耦合仿真模型进行求解。对永磁同步电机内部的流体流动特性、整体温度场、定转子温度场以及对流换热系数分布进行了分析。研究方法与结果可为永磁同步电机的热设计工作提供指导。     

网格密度对制动盘温度场的计算精度和效率的影响

数值模拟计算中网格密度是影响计算精度和效率的因素。采用ADINA软件,针对制动盘表面温度场,在网格单元数300～4 500范围内,比较了网格密度对制动盘温度场的计算精度和效率的影响,结果表明:制动速度在50～160km/h条件下,随着单元数的增加,计算效率逐渐降低,计算精度在网格单元数超过1 000后没有明显提高;网格划分方法对计算效率也有影响,从圆周方向划分比半径方向更能提高计算效率,网格单元数在3 000～4 500范围内,速度50km/h条件下,二者计算时间最大差值是7.59%;网格密度影响计算精度的原因是单元数量改变了求解线性方程的数量而使计算结果与实际状况出现差异。