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重载列车踏面制动过程车轮热摩擦损伤及热疲劳寿命研究
| 论文题名： | 重载列车踏面制动过程车轮热摩擦损伤及热疲劳寿命研究 |
| 关键词： | 重载列车;车轮踏面;紧急制动;磨耗深度;疲劳寿命 |
| 摘要： | 随着列车速度、轴重的增加、服役环境的恶化，列车在制动过程中车轮踏面在短时间内急剧升温，车轮踏面与闸瓦摩擦产生的热量通过接触面传递到车轮和闸瓦内部，在车轮内部由于温度分布不均匀进而产生的一定的热应力，在轮轨间交变载荷综合作用下，使得车轮踏面热剥离损伤失效问题变得更加严重。另外，车轮踏面温度长期处于较高的状态，温度升高不仅导致车轮材料的属性发生改变，降低材料的硬度与强度，同时热应力也随之增加，在机械载荷与热应力综合作用下，车轮踏面更容易发生损伤。 为了预测列车在不同制动工况下的踏面磨耗深度，在确定了不同温度下车轮材料热物理参数后，基于Abaqus有限元软件建立轮盘对转式热-机械耦合有限元模型，建模过程中综合考虑制动温升对车轮踏面力学性能、硬度及摩擦系数的影响，通过仿真得到了紧急制动过程中车轮踏面上温度分布、硬度分布以及接触应力分布，并利用轮轨动力学软件UM得到了紧急制动过程轮轨接触斑形状以及轮轨蠕滑区相对滑移分布，在此基础上结合Archard磨耗模型对紧急制动结束后的磨损深度进行定量预测。 车轮踏面在热应力及闸瓦接触区和钢轨接触斑周期性径向及切向应力综合作用下产生热疲劳损伤。在得到踏面瞬态温度场、应力场以及应变场分布的基础上根据Jiang和Sehitoglu提出的基于能量密度和临界平面法的多轴疲劳模型，得到制动过程中踏面轴向上最大损伤参量位置以及踏面温度、轴重、闸瓦压力与损伤参量之间的关系，对踏面热疲劳裂纹萌生寿命进行定量预测。 |
| 作者： | 仪帅 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 董永刚;李明磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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