关键字：制动盘；有限元；摩擦法；温度场。
抽象。制动盘的温度特性将影响材料特性和应力特性，并影响列车的安全运行。为了研究制动盘在运行过程中的温度分布，通过软件ABAQUS建立了制动盘和制动衬块的三维有限元接触模型，其初始制动速度为80 km / h。通过分析仿真结果，发现在制动过程中，制动衬块和制动盘表面之间的摩擦会引起温度升高，并在制动盘表面的中间形成一个高温区域。属于制动盘表面上高温区域的节点的温度先升高然后降低。制动盘沿轴向的温度降低，并且在制动过程中，制动盘背面的温度连续升高。
1.简介
高速列车的制动盘是制动系统的关键部分，在制动过程中承受着热负荷。紧急制动时，制动盘表面的最高温度超过650℃。因此，制动盘必须具有稳定性，耐磨性和抗疲劳性[1-2]。
崔智勋等。[3]研究了制动盘的瞬态热弹性作用，发现热力耦合会形成局部高温接触并在滑动界面处造成材料损坏和热裂纹。YU等。[4]应用有限元软件建立了制动盘和制动衬块模型，以热机械耦合方法研究了转速对制动盘温度分布的影响。周等人[5]分析了列车制动盘表面的温度和应力，并研究了裂纹的扩展速率和规律。
大多数研究都是基于能量转换算法来模拟和分析制动盘的温度场，即将制动过程中的动能转化为热量，然后将其施加到制动盘的表面。本文建立了高速列车制动盘和制动衬块的三维有限元模型。通过应用初始制动速度和制动压力模拟制动盘与制动片之间的摩擦，采用瞬态摩擦法研究了制动盘温升规律。
2.制动盘/制动蹄的有限元
本文使用ABAQUS软件建立了高速列车制动盘和制动衬块的简化三维有限元接触模型，包括制动盘，制动衬块和散热肋，如图1所示。盘和刹车片，外径为640mm，内径为350mm，厚度为22mm。对于散热肋，直径为20毫米，厚度为18毫米，它们均匀分布在制动盘的背面。前倾盘材料是铸钢，而垫是粉末冶金的。刹车盘和刹车片的相关材料参数见表1。
根据17t的火车轴载荷，将21.6kN的制动力施加到制动衬块的上表面。制动盘上以角速度的形式增加了80km / h的初始制动速度，制动减速度为1.23m / s2。根据热传递理论，将相应的热传递系数分别施加到制动盘的表面和圆周以及散热肋的表面。制动衬块与制动盘之间的接触表面的摩擦系数为0.3。模型的初始温度为20℃，可以认为摩擦产生的热量有10％消散了。
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数字1.刹车盘和刹车片的有限元
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3.仿真结果
图2显示了在初始温度20℃，初始制动速度80 km / h和制动减速度1.23 m / s2的条件下制动盘和散热肋的温度场。在制动过程中，制动衬块和制动盘表面之间的摩擦导致温度升高，并且在制动盘表面的中间形成高温区域。制动盘和制动衬块之间的接触表面的最高温度约为152.3℃。制动过程中，热量在制动盘内部传播，制动盘后部的最高温度约为56℃。散热肋的最高温度大约为60.38℃，分布在中间散热肋的接触面上。
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图2.制动盘的温度场
在制动盘的高温区域，沿轴向选择了4个节点，即依次为A，B，C，D，如图3（a）所示。图3（b）显示了四个节点的温度-时间曲线。节点的温度依次沿轴向降低，这在表面上最高，而背面的节点的温度最低。在制动过程中，节点A（在表面上）和节点B（在表面附近）的温度先升高然后降低，而节点C和节点D（远离盘表面）的温度保持升高。节点A的最高温度为232℃，大约在7s左右，速度约为50 km / h。节点B的最高温度约为147.5℃，发生在12s时，速度为30 km / h。制动结束时，节点C和节点D的最高温度分别为90℃和56℃。
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（a）节点的轴向位置 （b）节点的温度曲线
图3.制动盘的轴向节点位置和温度曲线
4.总结
本文利用ABAQUS软件建立了制动盘与制动片的三维有限元接触模型。研究初始制动速度为80km / h时制动盘的温升规律。通过分析结果，得??出以下结论：
（1）在制动过程中，制动衬块与制动盘之间的摩擦导致温度升高，并且在制动盘表面的中间形成高温区域。
（2）制动盘表面高温区节点的温度先升高后降低。制动盘内部和外部的温度较低。
（3）在制动过程中，制动盘的温度沿轴向依次降低，并且后节点的温度连续升高。
参考文献
[1] 傅荣，宋宝云，高飞，等。摩擦条件对列车制动材料摩擦性能的影响[J]。中国有色金属学报，2008，（07）：1223-1230。
[2] 陈祖军，任淑芳，王静波，等。高温下Ti3SiC2 / PM304摩擦副的摩擦学性能[J]。摩擦学学报，2010，30（02）：123-127。
[3] 崔建华，李一。盘式制动器瞬态热弹性行为的有限元分析[J]。力学学报，2010,42（1）：155-159磨损，2004，257：47-58。
[4] 周苏霞，赵兴汉，孙晨龙。电动车铸钢制动盘裂纹扩展寿命的预测[J]。机械工程学报，2018，54（24）：154?159。
[5] 于琦等速铁路车辆盘式制动器温度场模拟[D]。大连交通大学，2008。
作者简介：崔虎山（1978-01），男，陕西富平人，中车唐山机车车辆有限公司高级工程师。