制动盘作为列车基础制动装置的关键元件,是保证列车运行安全的重要机构。高寒环境下动车组行驶速度高、运行工况严峻,对列车制动性能提出更高要求。尤其是在紧急制动时,由于闸片摩擦导致制动盘产生巨大的热负荷,由此产生的热应力直接影响制动盘表面磨损、热裂纹及其使用寿命。因此分析动车组制动盘的温度场和热应力场分布规律,对提高制动盘摩擦学性能和服役寿命具有重要意义。论文对动车组在高寒环境下以200km/h速度紧急制动条件下,制动盘温度场和热应力场进行分析研究。主要内容如下:(1)考虑基本阻力和回转质量对动车组减速度的影响,结合制动理论,计算动车组制动减速度表、制动时间和制动距离,为制动盘空气流场和温度场分析提供计算依据。(2)考虑泵风效应对制动盘空气流场的影响,利用HyperMesh建立制动盘虚拟风洞模型,利用Fluent软件,采用动网格技术,分析制动盘空气速度场分布情况。通过对监测点速度拟合,建立制动盘不同部位处空气速度随车速变化的函数模型。结果表明,制动盘表面和散热筋处空气流速与列车行驶速度呈线性关系。(3)建立制动盘热载荷模型:考虑闸片与制动盘实际接触情况对热流密度的影响,基于微元法建立制动盘热流密度模型;结合制动盘空气速度场分析结果,建立随制动时间变化的对流换热模型;为避免热辐射对计算的非线性问题,利用牛顿冷却公式将辐射换热转化为等效对流换热模型;考虑制动盘摩擦面存在的散热形式,建立综合换热模型。利用ANSYS分析制动盘温度场分布规律。结果表明,温度场分布与制动盘部位有关,摩擦面温度最大,盘毂轴孔处温度几乎不变。(4)将制动盘温度场分析结果以多载荷步的形式施加于热应力场有限元模型中,采用顺序耦合法,忽略机械载荷对制动盘应力的影响,对制动盘热应力场进行分析,讨论了制动盘不同部位热应力-时间变化历程。结果表明,制动盘温度场分布影响其热应力场变化;制动盘处于拉-压热应力变化的疲劳热应力作用下,周向应力是制动盘主要热应力分量。论文对某现役动车组制动盘温度场和热应力场的分析,可以作为研究高寒环境下制动盘热力耦合疲劳失效机理、制动盘选材和结构优化设计的基础,从而提高制动盘性能,增加制动安全性。