ABAQUS 200km/h列车制动盘结构强度分析(3)
我们研究高速列车制动盘的主要原因所在。我国铁路从1958 年开始，曾先后两次对盘型
制动进行研究，并在广深线准高速客车上首先装车应用。
1.2 高速列车制动盘国内外研究现状
制动是一个复杂的过程，是涉及摩擦学、热力学、动力学及材料学等各个方面因素交
互作用的过程。国内外针对制动盘的研究，问题集中在对盘的断裂分析或者失效分析、 裂
纹分析，进而着重分析制动过程中盘上出现的热斑的热疲劳损伤状况，所采用的研究方法
一般为数值模拟结合台架实验。
目前对于高速列车制动盘主要有三个方面的研究：制动盘材料的研究；制动盘制动过
程的数值模拟；制动盘制动性能的研究。随着列车不断提速，制动初始速度增大，动能更
是急剧增加，巨大的制动热负荷使制动盘局部产生很大热应力并导致热裂纹。从国内外的
经验来看，热疲劳是机车制动盘失效的主要原因之一。大部分制动盘在磨损量没有超过规
定值之前，由于出现热裂纹而报废。制动盘的抗热裂性能比耐磨性能更为重要。因此， 研
究制动过程中制动盘的应力和温度的变化对于制动盘失效机理的研究和新型制动盘的设
计都有重要的意义。
Samec Blaz 等[4]
利用有限元分析法通过建立物力模型对高速列车制动盘进行参数化
设计、Y. Yildiz 等[5]
应用有限元分析通风制动盘的结构强度、Byeong-choon Goo 等[6]
通过
热疲劳测试的方法对铸铁制动盘进行热疲劳验证。钱坤才等[7]
采用选材实验和化学成分设
计的方法对列车制动盘材料的研究、 李继三等采用有限元分析法对高速列车制动盘残余应
力实验验证、王晓东等[8]
利用ANSYS 三文建模的方法对制动盘在温度场下热应力的有限
元分析、王艺等[9]
通过有限元分析法对高速列车制动过程数值模拟、赵海燕等[10]
利用有限
元对快速列车制动热过程分析、宋加佳等[11]
利用 SolidWorks 和 VB 编程的方法对制动盘结构的参数优化设计与虚拟制动计算、周素霞等[12]
利用有限元分析对高速列车瞬态温度
和热应力仿真分析以及宋加佳等[13]
利用 VB 和 APDL 进行自动进行有限元分析的仿真系
统研究等。目前针对高速制动盘失效的研究大多是从材料、机械或力学等单一的角度来进
行的，他们从材料分析、数值模拟等综合的角度来进行了高速制动盘失效的研究，发现制
动盘开裂的部位与数值模拟的高应力区域吻合，但是制动盘损伤的控制准则，疲劳寿命的
评估有待进一步研究。
总之，针对传统的时速在300 公里以下的铸铁、锻钢制动盘失效研究，国内外已经进
行了大量的研究工作，但是由于对制动系统动态失效过程及机理尚缺乏系统的、深入的研
究,在高速列车制动过程中，制动盘/片的失效机理、本质目前仍不清楚，需要深入研究，
急需研究高速、重载等高能制动过程中，材料的热疲劳与机械磨损的交互作用、表面质量
相互转移，材料的微观组织结构变化，损伤破坏变化，揭示材料动态微观组织结构的演变
及其与材料表面损伤破坏的关系规律。急需建立高能制动过程中， 制动能量与制动盘热循
环、应力循环、疲劳损伤的关系，提出高能制动条件下制动盘损伤的判据。
1.3 本文研究内容
制动是一个复杂的过程，是涉及摩擦学、热力学、动力学及材料学等各个方面因素交
互作用的过程。国内外针对制动盘的研究，问题集中在对盘的断裂分析或者失效分析、 裂