Thermo-mechanical coupling analysis and fatigue life prediction of the drum brake for tracked work vehicles

ZHOU Qiang; WU Jiangbo; ZHANG Jiale; JI Feilong; QIN Xunpeng

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.015

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Thermo-mechanical coupling analysis and fatigue life prediction of the drum brake for tracked work vehicles

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-01-21

- Thermo-mechanical coupling analysis and fatigue life prediction of the drum brake for tracked work vehicles
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 1, Pages: 116-123(2026)
- 作者机构：
  
  1.国家电投集团江西电力有限公司新能源发电分公司，南昌 330038
  2.湖北理工学院机电工程学院，黄石 435003
  3.武汉理工大学汽车工程学院，武汉 430070
- 作者简介：
  
  JI Feilong, E-mail:1393068793@qq.com
- 基金信息：
  
  Hubei Provincial Key R&D Program(2022BAD108)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.015
  CLC： TH16
- Received：11 September 2024，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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周强，吴江波，张家乐，等. 履带车辆鼓式制动器热力耦合分析及疲劳寿命预测［J］. 机械强度，2026，48（1）：116-123.

ZHOU Qiang，WU Jiangbo，ZHANG Jiale，et al. Thermo-mechanical coupling analysis and fatigue life prediction of the drum brake for tracked work vehicles［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：116-123.
周强，吴江波，张家乐，等. 履带车辆鼓式制动器热力耦合分析及疲劳寿命预测［J］. 机械强度，2026，48（1）：116-123. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.015.

ZHOU Qiang，WU Jiangbo，ZHANG Jiale，et al. Thermo-mechanical coupling analysis and fatigue life prediction of the drum brake for tracked work vehicles［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：116-123. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.015.

摘要

目的

针对加长型履带所需的高制动性能要求，采用具有高摩擦因数的摩擦片及大制动气室以提高制动力，对改进后的制动器在典型制动工况下的温度场、应力场和疲劳寿命进行分析。

方法

采用Ansys有限元仿真软件，建立了鼓式制动器的三维热力耦合模型。通过台架试验验证了仿真模型的准确性，并采用Manson-Coffin模型预测了制动鼓的疲劳寿命。

结果

结果表明，制动鼓温度升高会显著增大应力，持续制动工况下制动鼓的温度和应力均高于单次制动工况。制动过程中，由于制动鼓的塑性变形，摩擦片表面的应力分布并不均匀，影响了制动平稳性，缩短了鼓式制动器的疲劳寿命。试验结果进一步证实，改进后整车的制动性能得到了极大改善。

Abstract

Objective

In response to the high braking performance requirements for extended tracks

the friction discs with high friction coefficient and the large brake chambers were utilized to enhance the braking force. The temperature field

stress field and fatigue life of the improved brake under typical braking conditions were analyzed.

Methods

A 3D thermo-mechanical coupling model of the drum brake was established using the Ansys finite element simulation software. The accuracy of the simulation model was validated through bench test

and the fatigue life of the brake drum was predicted using the Manson-Coffin model.

Results

The results indicate that the temperature rise of the brake drum significantly increases the stress

with both the temperature and stress of the brake drum being higher under the continuous braking condition compared to the single braking condition. During braking

due to the plastic deformation of the brake drum

the stress distribution on the surface of the friction discs is non-uniform

affecting the braking stability and reducing the fatigue life of the drum brake. Test results demonstrate that the braking performance of the entire vehicle has been significantly improved.

关键词

Keywords

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