高速列車SiCp-A356復合材料制動盤熱疲勞評價方法研究.pdf

1、盤型制動作為最有效的安全制動方式，已普遍被采用在提速和高速客車上。避免制動強摩擦與高熱負荷所造成的制動盤早期熱疲勞失效并預防崩盤惡性事故發(fā)生是制動盤選材和結構設計中需要考慮的重要環(huán)節(jié)。目前，國內高速列車上服役的制動盤均為鑄鐵或鍛鋼材料，由于制動盤屬簧下質量，制動盤質量過大會增加能耗，并對轉向架的動力學性能有不利影響，因此，研究開發(fā)適合于高速列車服役工況的具有重量輕、耐磨損和耐熱性能好的制動盤，具有非常重大的實際意義。 論文根據(jù)上

2、述背景，以國家863計劃資助項目“高速客車用金屬基復合材料制動件的研究與應用”（2003AA331190）為支撐，對新開發(fā)的用于高速列車制動盤的SiCp/A356顆粒增強鋁基復合材料的熱循環(huán)特性、斷裂機制、熱疲勞性能進行了試驗研究，采用有限元仿真技術與材料熱疲勞試驗相結合的方法，對制動盤熱疲勞裂紋形成和擴展規(guī)律進行了深入的研究。主要內容包括： 1．研究SiCp/A356顆粒增強鋁基復合材料常溫和高溫的單調和循環(huán)拉伸特性、熱物理性

3、能以及各性能參數(shù)與溫度的相關性，從而建立了SiCp/A356復合材料的熱彈塑性本構關系。 2．基于制動盤的循環(huán)對稱結構特點，將泛函與熱傳導微分方程相結合，建立了制動盤三維瞬態(tài)溫度場的數(shù)學模型，采用順序耦合的數(shù)值計算方法，模擬了制動盤在不同制動工況下的循環(huán)應力應變響應規(guī)律，提出了熱殘余應力的形成機制以及制動盤盤面熱殘余拉應力在裂紋形成與擴展過程中的重要作用。 3．通過SiCp/A356切口試樣在20℃～300℃循環(huán)變溫下的

4、自約束熱疲勞試驗，確定了裂紋擴展速率與熱循環(huán)次數(shù)的關系（a～da/dN），探討了試樣切口半徑R和試樣厚度對裂紋形成和擴展的影響。采用有限元仿真技術，建立了顆粒增強金屬基復合材料細觀體元的熱彈塑性本構模型，重點針對熱循環(huán)作用下體元的細觀應力應變響應進行描述，提出了顆粒增強金屬基復合材料界面開裂的細觀機理。 4．根據(jù)SiCp/A356顆粒增強鋁基復合材料熱疲勞試驗獲得的參數(shù)，建立與試驗工況一致的有限元仿真模型，以裂紋長度與熱循環(huán)次數(shù)