高铁锻钢制动盘热疲劳裂纹扩展仿真及寿命评价

巨大的制动热能导致高铁制动盘面出现热斑或热点,形成沿径向扩展的热疲劳裂纹,严重危及行车安全.通过仿真获得热疲劳裂纹扩展规律,据此制定出合适、经济的检测周期,具有重要意义.基于断裂力学理论,采用扩展有限单元法和自主研发的裂尖网格加密技术,得到热点形成规律,植入半椭圆形裂纹进行热疲劳断裂仿真,得到制动速度为400 km/h时的裂纹扩展寿命曲线,预测结果与制动盘运用寿命基本一致.仿真结果为制动盘轻量化设计、服役寿命评估及无损检测方案制定提供了重要的理论支撑.     

高速列车制动盘温度场的建模及分析

高速列车在制动过程中,制动盘在制动块的摩擦力作用下温度急剧升高,从而产生了热应力。过高的热应力往往会引起制动盘的疲劳破损,因此在设计制动盘时考虑温度场的影响非常重要。对速度为300km/h的列车在紧急制动工况下的制动盘,建立了含有局部内热源的数学模型和瞬态热传导方程。采用微分求积法,对热传导方程中的温度函数进行关于空间坐标的离散,得到了离散节点上仅含时间自变量的温度函数表示的一阶常微分方程组,然后采用龙格-库塔法求解。最后,对Mechanite Cast Iron G.C.40、AISI301、Chromium Copper Casting三种材料制造的制动盘进行分析和计算,得到了制动过程中温度随时间和沿轮轴半径的变化情况。结果表明:导热好的材料的温度沿径向分布的均匀程度好;制动过程中有动压力作用时,导热好的材料在有效摩擦区域沿径向的温度场与热流的分布规律基本一致,并逐渐趋向于稳态值。     

汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究

本文针对9种具有不同厚薄差和端面跳动量组合的汽车盘式制动器,利用制动器惯性试验台在四种制动压力工况下进行了制动转矩和制动压力的测量,并通过阶次分析与小波分析的方法研究了盘式制动器摩擦特性与制动压力波动之间的耦合关系.研究发现:制动盘的厚薄差和端面跳动会引起法向力的波动,进而引起摩擦系数的波动,并且摩擦系数、制动压力以及制动转矩的波动都与转速存在2阶的阶次关系;摩擦系数静态成分随着相对速度的减小和制动压力的减小而增大;摩擦系数动态部分随制动压力的增大而减小,且主要由制动盘厚薄差引起,端面跳动对其影响不明显.