高速列车制动盘非线性热弹耦合振动分析

摘要

随着科技的发展与进步，高速列车的运行速度被不断地刷新，制动问题也更为突出。制动时，列车动能通过摩擦转化成热能并释放，致使制动盘温度骤升，制动盘由于热胀冷缩而产生的应力随之增大，最终使制动盘出现热裂纹，加剧了制动盘失效的可能性。再者，由制动引起的振动，也不容忽视。制动盘温度场和应力场的不均匀性导致了制动盘的制动，引起抖动和噪声，加剧了列车相关零件的磨损和疲劳破坏。另外，由于实际制动过程中，高速列车制动盘的温度场和应力场相互耦合，且制动时制动盘处于较高的工作温度下，所以不可将耦合项单纯线性化，否则会导致较大的误差。因此，对于高速列车制动盘非线性热弹耦合振动问题的研究，对选择和设计制动盘，以及探究实际的制动工况有着重要的指导意义和价值。
　　(1)轴对称环形圆板非线性热弹耦合振动基本方程。本文基于冯卡门理论，从笛卡尔坐标系下板的非线性热弹耦合振动基本方程出发，得到极坐标下板的大挠度非线性热弹耦合振动基本方程，进而得出了轴对称情况下环形圆板的非线性热弹耦合振动基本方程。
　　(2)轴对称环形圆盘非线性热弹耦合振动的分析。本文在已得到的轴对称环形圆板非线性热弹耦合振动方程的基础上，利用微分求积法和龙格库塔法，首先分析了初位移、边界条件及各组合参数对于轴对称环形圆板热弹耦合效应的影响。然后将轴对称环形圆盘理想化为轴对称环形圆板，分析和研究了初位移及组合参数对于轴对称环形圆盘振动特性的影响。
　　(3)高速列车制动盘非线性热弹耦合振动的分析。在前面的基础上，考虑离心体积力的影响，推导得到轴对称旋转环形圆板的非线性热弹耦合振动的基本方程，而后分析了轴对称旋转环形圆板的热弹耦合振动特性。最后将制动盘理想化为轴对称旋转环形圆板，对制动盘的热弹耦合振动特性进行了研究。