制动系统是列车的重要组成部分,而制动盘又是基础制动装置的核心组成。制动盘将列车的动能转化为热量并散失到空气中,是热循环载荷的承受者和传递者,极易因热量的堆积而产生疲劳破坏,其安全稳定直接影响着列车行车安全。随着动车组运行时速的加快,制动时对制动盘的损伤也日益加重,容易造成经济损失,威胁安全运营。为此,以CRH380B型动车组拖车制动盘为研究对象,在参考国内外学者的基础上,开展制动盘热-机耦合仿真分析及结构优化设计。根据制动盘实物模型,通过精确测量,应用3D建模软件Solidworks对制动盘进行实体建模,并简化处理,采用Hypermesh软件对制动盘进行网格划分,导入Abaqus有限元分析软件进行分析,分析结果表明动车组在不超过300km/h紧急制动时,制动盘上出现的最高温度和最大应力满足合金锻钢对温度和应力的要求。此外还对比了摩擦功率法和能量折算法两种不同的加载方式对应力场和温度场的影响。采用修正后的Goodman-Smith疲劳极限图评定制动盘的疲劳强度,选取的危险点均处在包络线内,制动盘疲劳强度满足要求。根据修正后的四点关联法估算制动盘材料的热疲劳参数,选用临界面法中的Brown-Miller模型并利用Morrow公式修正,提取紧急制动过程中的温度-应力载荷谱,基于Fe-safe软件对制动盘进行热疲劳寿命预测分析。300km/h紧急制动工况下,分别计算了摩擦功率法和能量折算法下的制动盘最小寿命。综合分析之后,摩擦功率法适合广泛采用。借鉴榕树等三种高效物质交换的生物结构,建立了三种可以提升散热效果、预防疲劳热损伤的仿生散热筋模型,分析了高速动车组从时速300km/h紧急制动时三种仿生散热筋式制动盘的温度的大小及变化规律,并与常规圆柱散热筋制动盘进行了对比。之后采用Fluent软件分析在相同流场中各个散热筋表面温度的分布情况。综合评定之后,板型散热筋是四种散热筋中的最优选择。