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高速列车盘形制动系统摩擦振动行为动力学分析

张康智 毕永强

张康智, 毕永强. 高速列车盘形制动系统摩擦振动行为动力学分析[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(2): 228-234. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190115
引用本文: 张康智, 毕永强. 高速列车盘形制动系统摩擦振动行为动力学分析[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(2): 228-234. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190115
Zhang Kangzhi, Bi Yongqiang. Finite Element Analysis on Friction Vibration Behavior of High-speed Train Disc Braking System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(2): 228-234. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190115
Citation: Zhang Kangzhi, Bi Yongqiang. Finite Element Analysis on Friction Vibration Behavior of High-speed Train Disc Braking System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(2): 228-234. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190115

高速列车盘形制动系统摩擦振动行为动力学分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190115
基金项目: 

国家自然科学基金项目青年基金项目 11802219

详细信息
    作者简介:

    张康智(1978-), 副教授, 硕士, 研究方向为机电液一体化, 59851747@qq.com

  • 中图分类号: U260.351

Finite Element Analysis on Friction Vibration Behavior of High-speed Train Disc Braking System

  • 摘要: 针对高速列车盘形制动系统振动噪声问题,建立起具有实际尺寸的高速列车制动系统有限元模型,对比分析了复特征值分析法和瞬时动态分析法在预测其制动振动行为的可靠性和准确性。结果表明,复特征值分析法在求解制动振动噪声问题中会出现明显的"过度预测"现象,相比之下瞬时动态分析法有利于直观观测到制动系统振动演变行为,具有更重要的应用价值。采用瞬时动态分析法对系统参数和制动动力学行为关系进行研究。结果表明,制动夹钳弹性模量的降低有利于降低制动系统摩擦振动幅值,抑制系统的振动主频。闸片托的弹性模量并不会对系统的法向振动特性产生重要影响,但是制动过程产生的切向振动幅值随闸片托弹性模量的降低而逐渐减弱。通过对制动闸片表面进行加工沟槽处理后,能够有效降低制动系统振动强度,同时减弱了振动信号在主频处的能量,但是可能会带来局部区域应力过大和局部磨损的问题。
  • 图  1  列车盘形制动装置三维模型

    图  2  列车盘形制动装置约束条件

    图  3  不同摩擦系数下制动装置特征值分析

    图  4  列车盘形制动装置在不同频率下的振动模态

    图  5  制动系统振动加速度信号

    图  6  振动信号频域分析结果

    图  7  不同制动夹钳弹性模量下制动系统振动加速度信号

    图  8  不同夹钳弹性模量下制动系统振动信号FFT分析

    图  9  不同闸片托弹性模量下制动系统振动加速度信号

    图  10  不同闸片托弹性模量下制动系统振动信号FFT分析

    图  11  具有等间距沟槽排列的制动闸片

    图  12  闸片有/无槽状态下制动系统振动加速度信号

    图  13  制动系统切向振动加速度信号FFT分析号

    图  14  闸片有/无槽状态下界面应力分布云图

    表  1  有限元模型材料参数和网格特征

    部件名称制动盘闸片背板闸片托夹钳
    杨氏模量/GPa21060200210210
    泊松比0.30.30.30.30.3
    密度/(kg·m-3)7 8504 0007 8007 8007 800
    单元类型C3D8C3D8C3D8C3D8C3D8
    单元数量21 14410 4779 98016 58815 658
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2019-03-09
  • 刊出日期:  2020-02-01

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