机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (16): 430-444.doi: 10.3901/JME.260724
• 特邀专辑:轨道运载装备动态设计理论与运维技术 • 上一篇
张金玉1,2, 左建勇1,2
ZHANG Jinyu1,2, ZUO Jianyong1,2
摘要: 长大坡道货运列车的踏面制动涉及复杂的热力耦合及材料损伤问题,而现有研究多集中于轮轨磨耗或常规工况分析,针对长大坡道工况缺少有效的数值建模方法及研究。构建一个面向重载列车踏面制动损伤分析的参数化热-力-损伤耦合数值框架,基于ANSYS APDL与Matlab的联合建模与求解,实现踏面在制动过程中的多场耦合响应与累积损伤预测。在此框架下,提出一种二维缩减建模数值程序,建立匀速制动与紧急制动两种模式下的解析化修正高斯摩擦热源模型,可准确描述长坡道运行中摩擦热流密度的时空演变,并结合修正Archard磨损理论迭代预测踏面磨耗,实现温度、热应力与材料响应特征的综合分析。结果表明,不同制动模式下的踏面温度与磨耗特征差异显著:紧急制动的峰值温度较匀速制动高约45.6%,高温平台区范围明显扩大,周向温度衰减趋缓。紧急制动中心区的最大瞬时磨耗深度为20.66×10-10 m,显著高于匀速制动的4.736×10-10 m;在累计磨耗方面,匀速制动中心区约为1.096 μm,而紧急制动约为2.12 μm。两种工况下的峰值磨耗时间分别出现在制动末期(匀速)和制动中期(紧急),体现出短时高强度磨耗的特征。该数值框架具有良好的可扩展性,除磨耗损伤外,还可拓展用于热裂纹、热点、塑性变形等多种累积损伤分析,为多损伤耦合机理研究提供基础。研究突破了传统三维有限元模型的计算瓶颈,为长大坡道货运列车踏面寿命预测、维护策略优化及制动系统设计提供理论与工程支持。
中图分类号: