车轮是地铁列车的重要承载部件,其服役可靠性与列车的安全运行密切相关。车轮踏面制动是地铁列车的主要制动方式之一,车轮在运行过程中,不仅承担轮轨接触载荷,而且在闸瓦频繁制动过程中充当摩擦副,承受制动热载荷作用,其工作条件十分恶劣。因此,开展地铁车轮踏面制动热负荷研究,对地铁车辆制动方案、车轮/闸瓦匹配以及车轮结构优化设计具有重要意义。本文主要进行了以下几个方面的研究工作：(1)利用有限元软件ANSYS,建立地铁车轮踏面制动热负荷三维有限元分析模型,模型中考虑了材料参数随温度变化的特性。对比分析了热流密度加载方式和瞬态分析时间载荷步长的不同对瞬态温度场分析结果的影响,结果表明：采用均布热源法计算更为合适。同时还对轮轨接触热传递对制动过程中车轮温度场的影响进行了分析,验证了本文中所采用的计算模型的可行性。(2)对比分析了地铁车辆仅采用踏面制动和采用电、空混合制动典型工况下的车轮温度和应力场结果,并采用相关车轮踏面损伤评价准则进行了损伤评估。计算结果表明：当地铁运营线路较长时,应尽量选择采用电、空混合制动。(3)对不同车速下,车辆制动时,闸瓦材料和横向宽度、轴重、制动减速度等参数的变化对制动热容量的影响进行了研究。分析结果表明：为保证车辆踏面制动性能满足要求,应选择热传导性好,横向宽度适中的闸瓦进行制动,同时不宜采用过大的制动减速度。(4)建立了三种不同辐板结构的车轮有限元模型。分析计算三种车轮在相同制动工况下的热应力,以及在相应轮轨接触载荷工况下的车轮机械应力变化曲线。将两者按一定方式叠加,计算得到车轮在轮轨接触载荷和热载荷共同作用下的辐板径向应力幅值和应力均值,并采用Haigh-Goodman法对不同辐板结构的车轮的疲劳强度进行了评估。结果表明：三种车轮中S型辐板具有较好的抗疲劳特性。因此,在新型车轮的优化设计中辐板形式建议选择S型辐板。