作为大型高速重载机械设备的减速及停机装置,盘式制动器是保障设备安全运行的关键部件。制动盘是盘式制动器的重要部件,其性能对制动器制动效能和可靠性有重要影响。沟槽型结构通过改变制动盘表面几何形貌使摩擦界面的接触状态发生变化,从而改变制动过程中的振动、噪声、摩擦因数,目前已越来越多的应用在高速重载盘式制动器中。疲劳失效是制动盘的主要失效形式之一,为了保证高速重载制动盘的安全运行,对于沟槽型制动盘疲劳寿命的计算以及分析研究是十分必要的。本文先建立了制动盘的热-机耦合有限元仿真模型并进行了验证,然后以热-机耦合仿真得出的沟槽型制动盘制动过程的温度应力为疲劳失效的分析条件,通过疲劳失效理论和断裂力学理论对沟槽型制动盘的裂纹萌生和裂纹扩展进行分析,得出沟槽对制动盘疲劳失效的影响规律。主要研究内容及结果如下:(1)分析盘式制动器的制动原理和制动过程。在制动盘表面设计不同角度和不同宽度的沟槽结构,根据热-机耦合过程中的接触理论、热传导理论对沟槽型盘式制动器的热传导方程、热传导和热对流的边界条件进行分析,并将温度对制动盘材料参数的影响考虑在内,建立沟槽型制动盘和制动闸片热-机直接耦合的有限元模型。通过已有的盘式制动器实验数据,对制动盘的热-机耦合仿真模型进行验证,从而确定有限元模型的有效性。(2)对沟槽型制动盘热-机耦合仿真得出的结果进行分析,得出制动过程中沟槽形态对制动盘温度及应力的影响规律,并分析产生此规律的原因。以热-机耦合仿真结果为基础,通过FE-safe软件计算沟槽型制动盘的裂纹萌生寿命以及裂纹萌生位置,并结合热-机耦合分析结果,分析沟槽形态对沟槽型制动盘裂纹萌生的影响规律。(3)以沟槽型制动盘裂纹萌生区域的温度应力为条件,通过断裂力学理论建立沟槽型制动盘裂纹扩展的简化模型,通过Franc3D软件对沟槽型制动盘的裂纹扩展寿命进行计算,得出沟槽形态对制动盘裂纹扩展寿命的影响规律。(4)建立带沟槽的裂纹扩展模型,通过最大主应力法和扩展有限元进行有限元仿真,研究裂纹扩展过程中,沟槽角度对裂纹扩展过程和裂纹扩展路径的影响。结果表明:沟槽会使沟槽附近的应力状态改变,产生两种结果,一种是裂纹扩展至沟槽附近时会偏向垂直于沟槽的角度扩展;另一种是当沟槽角度较大时,裂纹在沟槽附近会出现间断现象。综合以上,本文主要是研究沟槽型制动盘不同沟槽尺寸对制动盘疲劳寿命的影响规律,为以后沟槽型制动盘的选择以及优化提供依据。