车轮多边形激励下高速列车制动界面摩擦学行为分析

高速列车车轮多边形磨耗是一种沿车轮周向的不均匀磨耗,是列车服役过程中常见的车轮失效现象,其产生的剧烈轮轨激励严重威胁车辆系统服役可靠性. 制动系统作为保障高速列车服役安全的核心部件,其界面摩擦学行为直接受到轮轨激励的影响. 为探究车轮多边形激励下的制动界面摩擦学行为,建立了刚柔耦合车辆动力学模型和制动系统热机耦合有限元模型,并分别通过线路试验和台架试验验证了模型的正确性. 然后,提出一种考虑车轮多边形激励的制动界面摩擦学行为分析方法,能够真实地反映服役过程中制动界面摩擦学行为. 基于此,研究了不同车辆运行速度下车轮多边形激励对制动系统动态接触、温度以及振动特性的影响规律. 结果表明:车轮多边形磨耗导致系统接触面积、摩擦热、接触应力和振动等摩擦学行为更为复杂且剧烈. 此外,系统接触面积标准差和振动加速度均方根值随速度的增加而增大. 因此,车轮多边形磨耗对制动界面摩擦学行为具有不可忽略的影响. 该研究成果可为制动系统界面摩擦学行为研究及结构优化设计提供有效方法与工程指导.      

一种分析手指接触摩擦的新型试验装置

手指接触摩擦行为的研究对人类生产生活具有重要的意义,鉴于影响这一行为的因素众多,到目前为止手指接触摩擦特性还未被深入认识.针对当前手指接触摩擦试验中的试验变量难以控制和试验可靠性较差等问题,设计出一种新型的试验装置并对受试者手指进行了接触摩擦重复性试验,得出新型装置能确保手指与样品间的法向力、接触角度的稳定性,使得试验结果具有很好的可比性和可靠性,并证实了该试验装置能准确地考察粗糙度、接触角度等因素对手指接触摩擦过程的影响.该装置的研制将对系统深入揭示手指接触摩擦学行为具有重要的意义.     

时变接触特性表面对界面摩擦学行为的影响

通过在锻钢基材表面沟槽中分别填充灰铸铁HT300、Mn-Cu合金和Mn-Cu阻尼合金材料获得具有时变接触特性的表面,并对锻钢光滑表面试样和时变接触特性表面进行摩擦学试验,研究不同时变接触特性表面对界面摩擦学行为(摩擦噪声、摩擦振动以及磨损行为)的影响. 结果表明:填充HT300的时变接触特性表面缓解了界面磨损,有效延续摩擦系统的稳定状态,抑制摩擦振动和噪声的产生;相反,填充Mn-Cu合金和填充Mn-Cu阻尼合金的时变接触特性表面加剧了界面磨损,加速了摩擦系统不稳定状态的出现,进而激发出高强度的摩擦振动和噪声. 在本研究中,摩擦系统失稳引起摩擦振动和噪声主要归因于摩擦磨损过程中黏着撕裂和犁削等界面作用,填充材料的阻尼特性未能起到减振降噪的效果.      

沟槽型织构化表面摩擦噪声特性试验研究

用电火花加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出不同沟槽宽度和间距的沟槽型表面织构,在自行研制的新型摩擦噪声试验装置上,采用球-平面接触方式,选取直径10 mm的GCr15球为对摩副,对沟槽型织构表面和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,研究沟槽型织构对摩擦噪声的影响.结果表明:本试验条件下沟槽型表面织构的尺寸及分布对摩擦噪声具有重要影响,一定尺寸及分布的织构表面可明显降低摩擦噪声.本试验条件下的摩擦噪声产生主要归因于接触表面的不平顺、磨屑层不均匀分布以及犁削作用等界面因素,这些因素导致了界面摩擦力高频成分的产生,当其与系统的自然频率耦合时,将引起摩擦系统强烈的自激振动并最终产生摩擦噪声.而摩擦界面存在尺寸分布合理的沟槽型表面织构,将能提高界面排屑能力并打断摩擦界面连续的接触,扰乱摩擦系统的自激振动,抑制摩擦噪声的产生.     

基于CBAM-CNN的高速列车制动闸片摩擦块偏磨状态监控

为了解决高速列车制动闸片偏磨状态特征提取困难的问题,提出了一种基于二维图像识别的多尺度卷积和卷积注意力模块(CBAM)结合的状态监控模型. CBAM分别对数据的通道和空间给予不同的关注度以提取出关键的信息,使模型能够准确的对偏磨的状态特征进行提取. 模型的多尺度卷积模块则是增加模型对卷积核尺度的适应性,以提取到更加丰富的特征. 此外,为了防止模型训练过程中梯度爆炸和梯度消失的现象,在模型中加入残差连接. 最后,将所提方法应用于自行研制的高速列车自制试验台得到的制动闸片偏磨数据集,实验结果表明,该模型不仅能够准确有效的识别制动闸片各种偏磨状态,平均准确率达到99.89%,而且也具有较强的稳定性.      

CRH380A型高速动车组制动闸片摩擦损伤分析

本研究中选取CRH380A型高速动车组服役中的制动闸片作为研究对象，利用微观分析测试手段分析了该闸片摩擦粒子的损伤特征及其原因，得出摩擦粒子的主要损伤特征为剥落和裂纹. 根据闸片摩擦粒子形貌和成分分析结果，结合不同制动时刻摩擦粒子的应力分布状态，分析了形成以上两种主要损伤的原因和机理. 结果表明:闸片摩擦粒子材料加工过程中形成的气穴、不同组元的硬度和耐磨性差异等应是导致其发生块状剥落的主要原因；而制动闸片切入端的摩擦粒子应力较大，这可能是导致制动闸片偏磨的主要原因之一，且摩擦粒子的中心圆孔附近存在应力集中现象，导致了裂纹更容易在圆孔周边萌生，同时材料加工过程中形成的气穴、不同组元之间结合强度不足等原因也导致了裂纹的萌生与扩展.      

沟槽表面填充材料对界面摩擦振动噪声的影响

采用机械加工方式,在基体(蠕墨铸铁)表面加工出平行且等间距的沟槽,并在沟槽中分别填满铝材料和锻钢材料,对该填充材料试样和基体试样进行界面摩擦噪声试验,并采用数值模拟方法加以分析,得出界面摩擦振动噪声行为在不同沟槽填充材料下的变化特性,并将不同界面摩擦磨损行为与振动噪声动态关联起来.试验及数值模拟结果表明,在沟槽中填充铝材料加剧界面磨损,增大摩擦系数,并加速系统不稳定振动的产生,增大噪声强度,而在沟槽中填充钢材料能有效延缓界面不稳定振动和摩擦尖叫噪声信号的产生.此外,计算结果表明,界面磨擦磨损行为导致的界面接触非线性特性是产生多频率不稳定振动和噪声的重要因素.     

制动盘材料表面织构化处理对摩擦噪声影响的试验分析

在列车制动盘材料表面加工出径向均匀分布的具有不同宽度的沟槽,采用列车制动片为配副材料,在面-面接触模式下对其进行了销-盘式摩擦噪声试验研究,探讨织构表面对摩擦尖叫噪声特性的影响及其作用机理.结果表明:具有特定合理尺寸参数的织构表面能有效地抑制摩擦尖叫噪声.表面沟槽的存在,一方面能提高界面的排屑效率,抑制尖叫噪声的产生,另一方面沟槽棱角与摩擦片平面的碰击能有效地抑制界面摩擦自激振动的高频成分,并达到降低噪声的效果.沟槽的棱角在整个试验过程中保持完好,其降噪作用寿命时间较长.     

沟槽对界面振动及摩擦磨损特性的影响

选用球-面/面-面两种不同的接触模式,分别探究了摩擦界面沟槽的存在对界面振动及摩擦磨损特性的影响.结果表明:沟槽具有捕获磨屑的能力,能够有效地减轻磨屑对界面磨损的影响,但接触模式的不同,沟槽棱边上的振动及摩擦磨损特性差异显著.在球-面接触模式下,沟槽的存在打断了界面的连续接触,导致界面摩擦信号产生突变,此外,球试样滑过沟槽时与沟槽棱边产生的撞击加剧了棱边的磨损,进而影响了沟槽收集磨屑的效率.在面-面接触中,沟槽的存在实时改变了界面的接触状态,从而导致了界面上接触压力的分布发生了转移,从而改变了界面力信号,此外,块试样与沟槽棱边并没有出现明显的撞击作用,因此沟槽的棱边保存得较为完好.     

氮化铬薄膜的径向纳动损伤机制研究

采用纳米压痕仪和曲率半径为20μm的金刚石球形压头研究了40Cr基体和CrNx薄膜的径向纳动行为,并探讨其损伤机制.结果表明：CrNx薄膜能够提高40Cr基体的抗压性能,提高其接触刚度,降低残余压痕深度,减少在纳动循环过程中的能量耗散;增大载荷或增加循环次数均可加剧材料的纳动损伤;40Cr基体的纳动损伤表现为压痕边缘的塑性堆积;而CrNx薄膜的纳动损伤由表面的径向和环向拉应力所引起,表现为环向裂纹和径向裂纹的萌生与扩展.