高速列车制动时摩擦副在高热负荷和交变应力的共同作用下,易出现摩擦材料热衰退和制动盘热疲劳损伤,威胁到行车安全。制动工况决定了制动能量和热输入功率的大小,是影响制动盘温度的关键因素,闸片材料参数改变了接触压力分布和热流在摩擦副间的分配,也引起制动盘温度的变化。因此,研究制动工况和闸片材料参数对制动盘温度场和应力场的影响,对改善列车安全运行和开发摩擦副材料具有实际意义。本文采用ADINA软件,基于TM-I型轨道列车缩比制动试验台,建立包括制动盘和闸片的热机耦合有限元模型,数值模拟制动过程中的温度和应力演变情况,探讨制动压力、制动初速度对制动盘温度场和应力场的影响,分析不同闸片材料参数下接触压力与制动盘温度的关系,开展不同工况下的制动试验,研究制动过程中制动盘表面温度场的变化规律,并对比分析数值模拟的温度和试验测试温度的差异,结果表明:(1)不同制动工况下,制动盘表面的温度场和应力场在摩擦区均呈环形带状分布;随制动初速度和制动压力的增加,峰值温度和峰值应力均线性增大,在制动压力0.538MPa时,制动初速度从100 km/h增加到250 km/h,峰值温度升高421.6 ℃,峰值应力升高564.3 MPa;在制动初速度100 km/h时,制动压力从0.236 MPa增大到0.538 MPa,峰值温度升高20.9 ℃,峰值应力升高37.1 MPa。(2)闸片热膨胀系数对制动盘温度和接触压力影响最明显,这是由于闸片热膨胀系数的增大加剧了接触压力分布不均匀程度而使制动盘温度变化明显;弹性模量增大时,制动盘峰值温度和最大接触压力均基本不变,接触压力的分布对弹性模量不敏感,弹性模量对盘面温度影响不大;热传导系数增大,加快了热量的扩散速度使制动盘峰值温度降低;比热容增大使进入制动盘的热量减少从而使制动盘温度降低。(3)数值模拟的温度分布与试验结果的吻合程度取决于闸片与制动盘的实际接触状态,在低速度低压力工况下,由于闸片与制动盘贴合不充分,造成制动初期沿径向温度曲线呈平台状;在高速度高压力工况下,由于制动盘历次制动过程的累积磨损,在摩擦区中部形成内凹形,造成制动前期与闸片接触不完全,率先在摩擦区两侧形成狭窄高温带,随着制动过程的进行,伴随闸片的磨损,两者间的接触状态得到改善,与数值模拟的理想接触假设条件接近,数值模拟结果反映了理论温度的变化。(4)闸片温度的数值模拟结果与试验的对比分析表明:.试验测得的闸片温度远高于数值模拟的。随制动压力的提高,两者温度差别变大,随制动初速度的提高;两者温度差别先变大后减小。这是由于数值模拟中未考虑制动盘和闸片间的热阻,并且忽略了闸片与连接部件传热的影响。