目前,我国高速铁路已经迈向高速迅猛的发展阶段,而制动盘作为高速列车基本制动部件之一,其运行得安全性显得尤为重要。随着列车速度的提高对制动能力的要求,瞬态摩擦热能和机械载荷引起了制动盘显著的温度变化,并造成摩擦表面热应变。这种耦合的热-力学行为日积月累将会导致出现宏观热斑,并且沿着径向方向产生疲劳裂纹,严重地降低了制动盘的使用寿命。制动盘裂纹并不是单一出现的,龟裂纹一旦形成,大多数情况下同时可以观测到多条长短不一的微裂纹。因此,研究制动盘表面裂纹之间的相互关系,为制动盘预测寿命提供数据支持意义重大。本文根据高速列车实际运行情况,建立了铸钢材料制动盘有限元三维模型,按照制动盘实际尺寸选取四分之一循环对称模型,借助Abaqus有限元软件在3种不同工况下对制动盘进行仿真计算,得出温度场和应力场分布。通过分析可知最大应力和最高温度出现时刻均在制动结束之前,最大温度出现时间早于最大mises应力出现时间,制动盘在400km/h初速度下紧急制动最高温度达638.4℃。同时,由于温度分布不均匀,在制动盘表面呈现团状高温带。制动盘在制动过程中的径向应力小于周向应力,两种应力均远远大于轴向应力,周向应力处于主导地位。散热筋板可以帮助制动盘增加热传导效率并降低制动盘的残余应力。随后建立了制动盘表面半椭圆裂纹有限元模型,将裂纹插入至制动过程中温度最高位置,采用扩展有限元法进行数值求解得到了不同倾斜角度的裂纹尖端应力强度因子变化规律。发现,裂纹最深点的应力强度因子变化幅度随着倾斜角度的增加而趋于平缓,Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子对半椭圆表面裂纹扩展贡献不大,I型裂纹应力强度因子在裂纹扩展中起主要作用。最后对高速列车制动盘紧急制动模式下的热弹塑性疲劳裂纹,不同形状比下的应力强度因子计算结果进行了深入的研究,并针对制动盘表面2组平行裂纹,仿真研究了平行裂纹间,径向错位和径向无错位两种位置关系下的应力强度因子相互影响规律。通过数据分析发现,裂纹深长比对单条裂纹的应力强度因子在裂纹不同位置的变化影响很大,当深长比变大时,应力强度因子最大值与最小值差距缩小,变化趋势趋于平缓,裂纹深度方向变为非主要扩展区域。两平行裂纹中,长裂纹对短裂纹具有较为明显的干涉作用,而较短裂纹则对长裂纹的影响不大。两平行裂纹的径向距离或周向距离很小时,裂纹尖端表现为屏蔽作用,并且随着其间距的增大屏蔽作用相应减弱。两条平行裂纹随着其错位程度增加,尖端应力强度因子在小范围内会相互增强。