高速动车组制动盘：200km/h制动下的瞬态温度与应力场分析

高速动车组制动盘在运行过程中面临的关键挑战是制动时的高温问题。由于制动时摩擦产生的大量热量，制动盘会迅速升温，导致受热膨胀并产生热应力，这可能引发热裂纹，最终影响制动性能，甚至可能导致制动盘失效。本文研究的焦点是解决这一问题，通过应用热传导理论、弹性力学变分原理和热应力理论，深入探讨了制动盘在不同界面（如盘体、冷却片、接触面等）上的热传导、对流和辐射换热过程，以及这些过程如何影响制动盘的热应力分布。 作者构建了一个基于实际几何尺寸的循环对称三维瞬态计算模型，该模型考虑了材料参数如弹性模量、比热容、导热系数和线胀系数随温度变化的非线性特性。这些参数的变化直接影响了制动盘在受热过程中的响应行为。使用ANSYS这样的大型有限元分析软件，研究人员模拟了制动盘在高速行驶（如200km/h）下的制动过程，细致地分析了制动盘温度和应力随时间的变化情况。 仿真结果显示，在200km/h的速度下进行紧急制动，制动后40秒制动盘温度最高可达416°C，而60秒内最大应力达到651MPa。这一数值分析表明，设计的制动盘能够承受这种高温和应力水平，满足强度许用应力的要求，确保了制动系统的安全可靠性。 这项工作的重要性在于，它提供了一种科学的方法来预测和管理高速动车组制动盘在极端工况下的热行为，有助于优化制动设计，提高动车组的安全性和耐久性。通过理论计算和实验验证相结合，研究人员为改进制动盘的设计和材料选择提供了有力的数据支持，对于高速铁路系统的发展具有重要的实际应用价值。