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蠕铁制动盘散热筋断裂失效分析研究
| 论文题名： | 蠕铁制动盘散热筋断裂失效分析研究 |
| 关键词： | 载客列车;蠕铁制动盘;散热筋;断裂故障;失效机制 |
| 摘要： | 蠕铁制动盘是提速客车制动系统的关键部件，随着轨道交通的发展，近几年蠕铁制动盘最外国散热筋在使用寿命内频繁出现裂纹，甚至出现断裂，这种情况严重影响了列车的行车安全。开展蠕铁制动盘散热筋裂纹和断裂失效研究，对确保提速客车的运行安全具有重要的意义。本文基于提速客车蠕铁制动盘的服役条件，采用材料分析技术和有限元模拟技术相结合的方法，揭示了蠕铁制动盘散热筋断裂失效机制，提出了生产质量和服役过程的改进措施。 本文主要研究内容和结论如下: (1)在分析提速客车蠕铁制动盘断裂散热筋的断口形貌、研究失效制动盘和未使用制动盘组织和性能基础上，确定了散热筋的失效形式是脆性开裂，提出了散热筋存在片状石墨而导致力学性能下降是引发裂纹萌生和扩展的内在原因。 (2)针对散热筋横截面外表层发现片状石墨问题，开展了凝固模拟分析，确定了散热筋外表层出现片状石墨的原因是冷却速度过快导致凝固过程形成B型片状石墨，提出了缓慢冷却散热筋、减少或消除片状石墨的改进措施。 (3)在测试材料力学性能和热物性能基础上，采用ANSYS软件建立了提速客车蠕铁制动盘服役条件下的热-机耦合有限元温度场和应力场模拟技术。1:1动力制动台的温度测试表明，所建立的有限元模拟技术的误差小于10％，具有很好的模拟计算精度。 (4)开展了多个制动工况下的温度场和应力场分析。有限元分析表明，在180km/h初速度下进行连续两次紧急制动，制动过程的峰值温度基本达到蠕铁制动盘的400℃许用温度;若机车不参与制动以及闸片存在偏磨，160km/h初速度下全程往返制动最高温度可达397℃，与180km/h初速度下进行连续两次紧急制动的最高温度和最大应力水平相近。基于模拟结果，提出了确保制动过程中机车参与制动、减少闸片偏磨以减小制动盘温度和应力的有效措施。 (5)针对散热筋裂纹和断裂问题，基于模拟技术深入研究了散热筋不同位置点的受力情况，研究表明最外圈散热筋根部在制动过程中应力最大且承受拉压循环应力，这是散热筋裂纹扩展的外在原因。 本文通过研究蠕铁制动盘散热筋的断口形貌分析、组织和性能研究，借助于有限元模拟技术，揭示了散热筋裂纹和开裂机制，所提出了改进措施对提高蠕铁制动盘的产品质量和运用安全性具有重要的指导意义。 |
| 作者： | 孙楚怡 |
| 专业： | 材料科学与工程 |
| 导师： | 韩建民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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