润滑与密封

作者：张金玉，陶功权，温泽峰

单位：西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室,,西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室,,西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室,

关键词：摩擦热;紧急制动;均布热源法;移动热源法;接触压力;温度场

基金：国家自然科学基金项目(U21A20167)；中国博士后科学基金特别资助项目（2021T140571）

在长大坡道等复杂线路条件下，列车紧急制动过程中车轮与闸瓦之间产生剧烈摩擦，导致车轮踏面温度迅速升高，可能引发热软化、马氏体相变、白层生成及热裂纹扩展等问题，严重影响轮对服役安全。针对这些问题，基于ANSYS有限元软件，分别建立车轮-闸瓦摩擦生热的二维与三维有限元模型，系统开展对比分析研究。模型采用“表格载荷”方式施加制动热边界，并在材料参数中充分考虑温度依赖性，以提升热响应模拟的准确性。研究共设计6种热分析方法，包括二维/三维均布热源法、二维/三维移动热源法（接触压力分别设定为均匀分布和有限元仿真获取）。结果显示：在紧急制动工况下，二维模型计算效率显著优于三维模型，其温度仿真结果与三维模型的最大差异不超过2.5%，但计算时间仅为其约1/8，具备良好的工程适用性；均布热源法与移动热源法的计算结果差异较小，而接触压力形式对温度计算结果影响明显，假设均匀分布会导致一定偏差，建议在热分析中基于有限元方法来获取接触压力分布。研究结果可为长大坡道线路条件下的制动热响应模拟与车轮热安全评估提供技术参考。

来源：2025年第9期

《润滑与密封》期刊编辑部

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