高速列车运行过程中，由于轮对磨损不均匀，车轮会呈现出多边形的状态，这种多边形的轮对在钢轨上滚动时会出现强烈的振动激扰。且制动盘在制动过程中，巨大的制动热负荷使制动盘结构中产生很大的温度梯度，制动盘内部包括螺栓连接会产生热应力。在实际服役工况下，螺栓连接的失效形式基本为疲劳断裂。但现阶段国内外针对列车制动盘螺栓失效的研究还比较少。

本项目通过建立精确的制动盘结构有限元模型，研究制动盘螺栓连接在螺栓拧紧、车轴压装、运行工况下螺栓的载荷变化和应力分布，探究螺栓出现疲劳断裂的原因，同时基于相关疲劳理论评估螺栓连接的寿命。

模型建立：

分析流程：

部分实验结果：

结论：

(1) 不同的拧紧顺序会对各部件变形有明显影响。采用差序拧紧在螺栓拧紧过程中使得部件整体的变形更均匀；由于隔圈偏置使得螺杆受到隔圈的阻挡而无法随螺栓头偏移，导致螺栓沿制动盘径向变形不协调从而产生很大的弯矩。

(2) 在压装过程中，由于隔圈与盘毂存在间隙导致盘毂对螺栓各部位的挤压有所不同，靠近螺栓头一侧的偏移量更大，导致弯矩增大。

(3) 螺栓整体温度分布不均。螺栓头位置最大应力增大到。施加温度载荷后，螺栓轴向力增大，其原因为螺栓与想接触的部件之间存在温差，受到相邻部件热膨胀效应的影响，螺栓有伸长的趋势，导致轴向力上升。

(4) 运行工况加速前后，整个轮装制动盘结构在旋转离心力的作用下，车轮辐板厚度变薄导致连接螺栓的轴向拉伸预紧力减小；

(5) 车轮在振动工况下，受到输入的加速度载荷的影响，螺栓的拉伸载荷在一个区间震荡。从应力角度看，螺栓最大应力点从第一圈螺纹牙底变为螺栓头支承面，且螺纹牙底位置的应力集中位置由下侧转为上侧，应力集中现象有所减轻；

(6) 优化后的螺栓有效降低了隔圈偏置对螺杆产生弯矩的影响，但在振动过程中螺栓仍然会存在弯矩；

(7) 根据VDI2230计算得到目前使用的螺栓尺寸、强度等级均能符合校核标准,且螺栓预紧力仍有提高空间。