70％低地板有轨电车制动盘热负荷研究

摘要

低地板有轨电车是一种以电力驱动高容量及安静平稳性能，兼具公交车与铁路列车特性的运输工具，与地铁相比，具有造价低、适应性强以及运量适中的优势。
　　随着我国城市化进程的不断加快，低地板有轨电车得到了广泛的应用。但车辆在制动过程中工作条件十分恶劣，车辆的频繁制动使得制动盘承受制动热载荷的作用，导致制动盘疲劳寿命的下降从而影响车辆的安全运行。因此，建立低地板有轨电车制动盘三维有限元仿真模型，研究制动盘温度场、应力场的分布情况并预测其疲劳寿命具有十分重要的意义。
　　本文以70％低地板有轨电车为研究对象，在相关理论知识的基础上，对该车制动系统相关部分进行了简单的介绍，并完成了低地板有轨电车常用制动和紧急制动两种典型工况的制动计算，同时对低地板有轨电车动车与拖车的热分析进行了三类边界条件的计算。
　　本文首先利用ANSYS有限元仿真软件建立了70％低地板有轨电车动车以及拖车制动盘的三维有限元仿真模型，将计算出的相关热分析边界条件加载到模型中，采用间接耦合法，对常用制动工况下拖车制动盘以及紧急制动工况下动车与拖车制动盘温度场进行了瞬态仿真分析，研究其温度场的分布与变化规律。另外，本文为在ANSYS软件中实现旋转载荷下的制动盘热分析进行了创新研究，提出并推导了“运动加载函数”模型，通过将角速度转化成角度的方式，将加载到制动盘上的热流密度的原有表达式改变为热流密度旋转载荷的表达式，解决了传统方法中为使计算结果收敛，须取很小的时间步长从而大大增加计算量的瓶颈问题，完成了在紧急制动工况下，动车以及拖车制动盘在旋转载荷下的温度场仿真分析。此外，在温度场仿真分析的基础上，将温度场分析结果作为温度载荷施加到制动盘结构模型的节点上，对相应工况下制动盘的热应力场进行了仿真分析，研究其热应力场分布情况与变化规律。最后，应用Manson-Coffin公式计算了低地板有轨电车动车制动盘在紧急制动工况下发生失效时的应力循环次数，完成了对70％低地板有轨电车制动盘热疲劳寿命的预测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的选题背景及意义

1．2 低地板车辆发展现状

1．3 盘式制动发展现状

1．3．1 盘式制动的特点与优越性

1．3．2 制动盘材料发展现状

1．4 制动盘热分析国内外研究现状

1．4．1 制动盘温度场分析国内外研究现状

1．4．2 制动盘热应力耦合分析国内外研究现状

1．5 本文主要内容

第2章 基于有限元法的热分析理论基础

2．1 摩擦生热理论基础

2．1．1 摩擦模型

2．1．2 摩擦传热规律

2．1．3 摩擦热源

2．2 传热学理论

2．2．1 传热学基本理论

2．2．2 热传递的方式

2．2．3 热传导方程

2．2．4 热边界条件

2．4 本章小结

第3章 制动系统说明及相关计算

3．1 70％低地板有轨电车制动系统

3．1．1 带停放制动功能的基础制动单元

3．1．2 液压单元

3．2 70％低地板有轨电车制动计算

3．2．1 常用制动计算

3．2．2 紧急制动计算

3．3 70％低地板有轨电车边界条件的确定

3．3．1 速度和位移边界

3．3．2 对流换热边界

3．3．3 热流密度边界

3．4 本章小结

第4章 制动盘有限元建模与温度场仿真分析

4．1 有限元模型的建立

4．2 制动盘瞬态温度场仿真分析

4．2．1 常用制动拖车制动盘温度场仿真分析

4．2．2 紧急制动拖车制动盘温度场仿真分析

4．2．3 紧急制动动车制动盘温度场仿真分析

4．3 ANSYS旋转载荷下制动盘瞬时温度场仿真分析

4．3．1 旋转载荷数学模型及边界条件

4．3．2 紧急制动拖车制动盘温度场仿真分析

4．3．3 紧急制动动车制动盘温度场仿真分析

4．4 本章小结

第5章 制动盘热应力场仿真分析及寿命预测

5．1 制动盘热应力场仿真分析

5．1．1 常用制动拖车制动盘热应力场仿真分析

5．1．2 紧急制动拖车制动盘热应力场仿真分析

5．1．3 紧急制动动车制动盘热应力场仿真分析

5．2 制动盘热疲劳寿命预测

5．2．1 制动盘热疲劳寿命预测模型

5．2．2 制动盘热疲劳寿命预测计算

5．3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献