高速列车制动盘温度场数值模拟及热应力分析

摘要

随着我国高速列车运行速度的不断提高，制动盘的工作环境愈发恶劣，制动摩擦产生的巨大热量导致制动盘温度迅速升高，进而引发热疲劳与热裂纹。为获取高速列车制动盘在制动过程中的温度分布及热应力分布，采用流固耦合方法，建立制动盘与周围空气流场的流固耦合数值模型，计算出制动盘表面的对流换热系数分布；随后将表面对流换热系数及摩擦生热的热流密度作为载荷施加于制动盘表面，通过有限元法对制动盘的温度场和热应力进行分析。结果表明：与传统经验公式相比，制动盘表面对流换热系数与周围空气流速相关，其中散热筋迎风面的对流换热系数远大于背风面，且其表面对流换热系数沿轴向呈对称分布；制动盘表面先出现环形高温区，随着制动过程的推进逐渐转变为团状高温区，热量逐步向散热筋传递，应力场与温度场的变化趋势基本相同；最终确定的制动盘热应力较大区域，与制动盘典型失效位置基本相符。

关键词

高速列车 / 制动盘 / 流固耦合 / 对流换热系数 / 温度场 / 应力场