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    摘要：盘行制动在高速动车组中有着广泛的应用。但是在制动过程中，制动盘与闸片的接触表面产生摩擦热，使制动盘的温度会急剧的升高导致制动性能下降，甚至可能制动失效，制动盘的温度和应力分布对制动的寿命和制动能力有着潜移默化的影响。本文采用有限元分析软件ABAQUS，创建与实际高速动车组轮盘式制动盘一致的模型，闸片施加相应的压力，对CRH1型高速动车组动车制动盘进行应力场和温度场瞬态仿真研究，通过仿真模拟，对制动盘的温度场及应力场分布情况、最大热应力发生位置的走向及热应力变化规律进行了分析。30845
    毕业论文关键词：动车组；制动盘；温度场；热应力；有限元法
    Research of EMUs Disc Brake Based on
    Finite Element Method
    Abstract：Friction braking are widely used in high-speed EMUs. During the braking phase, the frictional heat generate at the interface disc-pads can lead to high temperatures, and the performance will become worse and worse, which even causes the braking disc to fail. So the temperature and stress distribution in the braking discs have an influence on the operation 1ife and braking performance of the discs．In this paper, with the finite element analysis software ABAQUS, a coupled thermo-mechanical three-dimensional model of brake disc has been built, many analysis of the transient temperature fields and thermal stresses of the CRH1 braking disc is carried out. As the result, we can find out that the temperature fields in the disc and the thermal behavior of the CRH1 braking disc.
    KeyWords：EMUs; temperature fields; thermal stress; brake disc; FEM
     目录
    1    绪论    1
    1.1 课题研究的目的和意义    1
    1.2 国内外的研究现状    1
    1.2.1 制动技术研究现状    1
    1.2.2 有限元的发展    2
    1.2.3 有限元在制动系统中的研究    2
    1.3 发展趋势    3
    1.4 采取的方法和技术    4
    1.5 课题的主要内容    4
    2    CRH1型动车组制动盘结构设计    6
    2.1 制动盘    6
    2.1.1 轴盘式制动盘    6
    2.1.2 轮盘式制动盘    7
    2.2 制动盘的设计    8
    2.3 粉末冶金闸片    9
    3    制动盘热分析的假设    11
    3.1 制动盘受力    11
    3.2 制动盘材料特性    11
    3.3 传热学经典理论    12
    3.3.1 热传导和热对流    14
    3.3.2 热辐射    15
    3.4 有限元分析分列式    16
    3.5 瞬时温度场有限元求解    16
    3.6 热应力问题的物理方程    18
    4    有限元仿真分析    20
    4.1 仿真分析的研究路线    20
    4.2 有限元模型的建立    20
    4.3 制动盘温度场    23
    4.3.1 制动方式对温度场的影响    24
    4.3.2 环境温度对温度场的影响    24
    4.4 制动盘应力场    26
    4.4.1 制动方式对应力场的影响    26
    4.4.2 环境温度对应力场的影响    27
    5    结论与展望    30
    5.1 结论    30
    5.2 展望    30
    致谢    31
    参考文献    32
    1    绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    随着我国铁路高速化、重载化的发展，列车安全停车制动问题将会更加的严峻，机车车辆的制动距离会随列车行驶速度的提高而呈现出非线性增长，如对于我国国产CRH系列的动车组，当制动初速为 时，规定紧急制动距离为 ；当制动初速度为 ，紧急制动距离为 ；当紧急制动初速度为 及以上时，紧急制动距离超过 。在我国CRH型高速动车组基础制动方式多半运用盘形制动装置，盘形制动盘在制动过程中负责列车的运行安全，在紧急情况下都要保证列车能够安全停止。由于高速动车组运行时的动能非常的大，想要列车能够在规定的安全制动距离内实现安全的停车，则制动盘和闸片必须具有很高的热应力性能、制动盘与闸片摩擦系数稳定性高、疲劳强度高、机械强度高等特征，即高速列车的制动装置需要有良好的性能[1]。从国内外盘行制动盘的实际使用情况来看，只有某些类型的制动盘会因其结构强度低而导致制动盘失效，大多数制动盘的失效方式都是热应力过大而导致裂纹损伤、过度磨损、变形和机械断裂。制动时，列车的动能通过制动盘与闸片摩擦转化为摩擦热，来不及散失大大气中，导致制动盘达到很高的温度，产生温度梯度，那么在制动盘内部将产生很大的热应力，在紧急制动情况下，当热应力大小超过其材料的屈服极限时制动盘很可能出现热裂纹，造成制动盘失效严重影响行车安全[2]。由于制动时产生的摩擦热会引起制动盘热龟裂或热疲劳，所以在达到其规定的磨损极限前有必要更换制动盘。为此，需要对制动盘在制动过程中制动盘盘体的温度分布情况和产生的热应力进行分析，确定制动盘盘体的最高温度和热应力大小，是否在制动盘材料的屈服极限之内，给制动盘构造的设计和盘体材料的研发提供依据。在制动装置的设计和制造过程中，都需要进行多次的实验模拟检验和结构、材料的改进，以保证制动盘制动性能和质量，而且制动盘是列车制动装置中技术含量最高的组件之一，也是我国进行国产化、自主创新的重点项目。
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