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货车铸钢车轮踏面制动热损伤行为研究
| 论文题名： | 货车铸钢车轮踏面制动热损伤行为研究 |
| 关键词： | 重载货车;铸钢车轮;踏面制动;热疲劳损伤;三维模型 |
| 摘要： | 随着铁路系统的不断提速，我国货车也朝着高速、重载的方向持续发展。但是，随之而来的制动问题也越来越突出。我国重载货车目前仍然采用踏面制动，那么踏面制动过程中摩擦作用产生的热负荷就会造成车轮的热疲劳损伤。因此，热损伤问题成为了重载货车运输过程中亟待研究解决的课题。 本文主要研究了重载货车用铸钢车轮在循环往复的紧急制动过程中产生的热疲劳损伤现象。主要工作包括以下几个方面:首先，文章先介绍了车轮损伤的几种主要形式，其中，重点介绍了热裂纹的形成机理;接着，将从Solidworks中画的车轮三维模型导入ANSYS中，设定边界条件、计算热流密度和对流换热系数、设置载荷步等参数，对紧急制动过程中的温度场和热应力场进行仿真分析;最后，为了辅助仿真研究，制定实验方案，进行铸钢材料的热疲劳实验，对实验结果数据进行分析，并对裂纹断口表面形貌进行电镜扫描观察。 仿真和实验结果表明: (1)紧急制动过程中，车轮最高温度始终出现在车轮的踏面上;但是，对于最高热应力来说，制动过程中出现在踏面上，制动结束后会向着轮辋外圆角和轮毂内圆角移动。 (2)从踏面中心向两侧距离越远，或者距离踏面表面径向深度越深，达到的最大温度和热应力都会越小，并且达到最大温度和应力的时刻会有所延迟。 (3)从不同循环上限温度下裂纹长度随循环次数的变化曲线可以看出，650℃循环上限温度产生的裂纹明显比400℃循环上限温度要长。循环上限温度越低，材料的抗热疲劳性能越好，越不容易产生裂纹。 (4)电镜扫描发现断口上有夹杂物，极有可能是裂纹源;而气孔的存在则降低材料强度;循环上限温度为600℃时断口上发现了穿晶断裂的二次裂纹，说明比循环上限温度为400℃时的材料破损更严重。 从研究结果可以看出，制动过程中产生的温度高低是影响车轮热损伤的关键因素。制动中产生最大温度梯度越低，产生的最大热应力也会降低，越不易产生裂纹，不容易造成损伤，对车轮越有利。所以，在重载货车铸钢车轮的制动运用过程中，我们应该改善使用环境或者使用新闸瓦材料等因素，尽量降低其制动过程中作用在车轮上的热量。 |
| 作者： | 宋琳 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 宋志坤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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