高速列車合金鍛鋼制動盤壽命評估研究.pdf

1、制動盤熱裂紋對高速列車運行安全危害性較大，如果不加以監(jiān)控，可能會引起制動盤斷裂，直接影響列車和旅客人身財產(chǎn)的安全。因此，建立既精確又行之有效的高速列車制動盤缺陷評定及壽命評估系統(tǒng)對于保證行車安全具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 本文以高速列車合金鍛鋼制動盤缺陷評定及壽命預測為研究目標，從對高速列車“中華之星”和“先鋒號”合金鍛鋼制動盤裂紋現(xiàn)狀的調(diào)查和分析入手，介紹了熱裂紋擴展的基本規(guī)律，采用有限元軟件對鍛鋼制動盤緊急制動過程中

2、的溫度場和應力場進行了數(shù)值模擬，應用斷裂力學理論結(jié)合現(xiàn)場試驗對制動盤壽命評估方法進行了深入研究，開發(fā)了使用簡單方便的制動盤壽命評估系統(tǒng)。論文主要工作包括： (1)對高速列車“中華之星”及“先鋒號”制動盤裂紋現(xiàn)狀進行全面調(diào)查研究。摸清了我國高速列車制動盤裂紋特征及分布規(guī)律，分析了制動盤裂紋剖面的宏觀形貌特征，對制動盤斷面形貌特征和裂紋擴展規(guī)律之間的聯(lián)系做出新解釋，為制動盤壽命評估提供了新思路。 (2)用線彈性斷裂機理分析了

3、裂紋的擴展規(guī)律；采用三點彎曲法SE(B)，對制動盤材料的斷裂韌度K<,IC>及疲勞裂紋擴展速率da／dN進行試驗測定；確定了材料疲勞裂紋擴展門檻值AK<,th>，為制動盤的疲勞裂紋擴展評定和壽命預測提供必要的數(shù)據(jù)。 (3)用斷裂力學方法對制動盤缺陷評定和壽命評估原理進行深入研究。建立了制動盤疲勞裂紋的分析模型，提出用斷裂率K<,r>以及載荷率S<,r>為失效雙判據(jù)的缺陷評定圖(FAD)對含裂紋的制動盤進行安全評定；以Paris公

4、式為依據(jù)，以緊急制動次數(shù)為評價指標，推導出制動盤剩余壽命預測表達式N，為開發(fā)合金鍛鋼制動盤剩余壽命預測系統(tǒng)奠定了理論基礎。 (4)依據(jù)高速列車鍛鋼制動盤的結(jié)構(gòu)特點，建立了制動盤循環(huán)對稱有限元三維模型。提出用熱輻射率折算成對流換熱系數(shù)的新方法，簡化了散熱邊界條件。確定了緊急制動時制動盤熱輸入模型和對流散熱模型；基于ANSYS有限元軟件對高速列車鍛鋼制動盤緊急制動工況下的溫度場進行了仿真分析；在1∶1制動動力臺上進行了緊急制動試驗的

5、結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)比較接近，驗證了所建模型的有效性。 (5)試驗確定了制動盤材料的力學性能參數(shù)，采用雙線性隨動強化彈塑性模型，對緊急制動工況下制動盤的熱應力場進行數(shù)值模擬，為制動盤缺陷評定和壽命預測提供計算數(shù)據(jù)。 (6)開發(fā)了鍛鋼制動盤缺陷及壽命評估系統(tǒng)。系統(tǒng)具有對制動盤進行快速有效的評估分析、合理評價以及壽命預測的功能，具有重要的工程應用價值。 本文研究成果對于提高我國高速列車基礎制動系統(tǒng)的可靠性和安全性具有重要的