高速列车制动盘裂纹应力强度因子研究
发布时间：2021-02-09 00:24
目前,我国高速铁路已经迈向高速迅猛的发展阶段,而制动盘作为高速列车基本制动部件之一,其运行得安全性显得尤为重要。随着列车速度的提高对制动能力的要求,瞬态摩擦热能和机械载荷引起了制动盘显著的温度变化,并造成摩擦表面热应变。这种耦合的热-力学行为日积月累将会导致出现宏观热斑,并且沿着径向方向产生疲劳裂纹,严重地降低了制动盘的使用寿命。制动盘裂纹并不是单一出现的,龟裂纹一旦形成,大多数情况下同时可以观测到多条长短不一的微裂纹。因此,研究制动盘表面裂纹之间的相互关系,为制动盘预测寿命提供数据支持意义重大。本文根据高速列车实际运行情况,建立了铸钢材料制动盘有限元三维模型,按照制动盘实际尺寸选取四分之一循环对称模型,借助Abaqus有限元软件在3种不同工况下对制动盘进行仿真计算,得出温度场和应力场分布。通过分析可知最大应力和最高温度出现时刻均在制动结束之前,最大温度出现时间早于最大mises应力出现时间,制动盘在400km/h初速度下紧急制动最高温度达638.4℃。同时,由于温度分布不均匀,在制动盘表面呈现团状高温带。制动盘在制动过程中的径向应力小于周向应力,两种应力均远远大于轴向应力,周向应力处...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
制动盘三维模型结构
图 2-2 边界条件加载示意图ig.2-2 Loading diagram of boundary conditioΓ为边界条件的制动盘的不稳定热传( , ) ( , ) ( ,x y zT t T t T k k k x y y z z + + x x x( )0T x,t =T( ) ( ) ( )n, , ,x y y z z t T t T tn k n k n qx y z + + = x x x( ) ( ) ( )(c , , ,x y y z z t T t T tn k n k n h Tx y z + + = x x x( ) ( ) ( )(r , , ,x y y z z t T t T tn k n k n h x y z + + = x x x为沿 x,y,z 方向的导热系数，ρ 为制动盘 ，n ，n 为边界法向单位向量，h 为对
2.7 制动盘温度场和应力场变化规律2.7.1 温度场计算结果本文借助 Abaqus 有限元软件采用顺序耦合的方法计算出一次 300km/紧急制动、一次 400km/h 下紧急制动和 200km/h 下 3 次连续紧急制动的温度数值。为研究制动盘表面裂纹应力强度因子，首先应该分析制动盘在制动过程的温度场分布，即计算制动盘的半径和厚度方向的温度分布情况，如图 2-示。在制动盘表面半径方向设置 5 个节点，其所在半径分别为 r=261mm，281m301mm，321mm，341mm，厚度方向从制动盘表面到散热筋设置 4 个点，其离盘面分别为 d=0mm，8mm，18mm，38mm。在厚度方向上，不同制动工况的温度随时间曲线如图 2-6 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]灰铸铁制动盘铸件残余应力的测定[J]. 陈萌,彭金花,杨弋涛. 现代铸铁. 2013(03)
[2]圆孔边界上弯折裂纹的奇异积分方程解法[J]. 徐冬,张蕾. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2013(03)
[3]基于断裂力学的裂隙岩体强度分析初探[J]. 任利,谢和平,谢凌志,艾婷. 工程力学. 2013(02)
[4]摩擦块形状对制动盘摩擦温度及热应力分布的影响[J]. 农万华,高飞,符蓉,韩晓明. 润滑与密封. 2012(08)
[5]热疲劳裂纹网的屏蔽规律及主裂纹应力强度因子的计算方法[J]. 闫明,王世杰,孙淑霞,孙志礼. 机械工程学报. 2009(12)
[6]制动盘的热疲劳原因与对策[J]. 森久史,彭惠民. 国外机车车辆工艺. 2009(03)
[7]STRESS INTENSITY FACTORS FOR A FINITE PLATE WITH AN INCLINED CRACK BY BOUNDARY COLLOCATION[J]. Xing Li and Xuemei You Ningxia University, China. Analysis in Theory and Applications. 2005(03)
[8]316L钢在不同温度下疲劳裂纹扩展的规律研究[J]. 王莺,高增梁,张芳,孙伟明,叶菁. 压力容器. 2004(06)
[9]金属腐蚀疲劳裂纹扩展速率的近似计算[J]. 袁劲松. 材料开发与应用. 2000(02)
博士论文
[1]高速列车锻钢制动盘热疲劳寿命评估研究[D]. 石晓玲.北京交通大学 2016
[2]高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究[D]. 张俊清.北京交通大学 2011
[3]高速客车铝基复合材料制动盘热损伤和结构设计研究[D]. 杨智勇.北京交通大学 2008
[4]高速列车合金锻钢制动盘寿命评估研究[D]. 李继山.铁道部科学研究院 2006
硕士论文
[1]高铁制动盘应力分析及其损伤机理研究[D]. 耿凯.北京交通大学 2018
[2]高速列车铸钢制动盘热疲劳性能研究及寿命预测[D]. 岑升波.西南交通大学 2016
[3]海洋钻井绞车制动盘热疲劳裂纹扩展寿命评估方法研究[D]. 时学生.江苏科技大学 2013
[4]列车制动盘温度场和应力场仿真与分析[D]. 杨强.北京交通大学 2009
本文编号：3024737
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
制动盘三维模型结构
图 2-2 边界条件加载示意图ig.2-2 Loading diagram of boundary conditioΓ为边界条件的制动盘的不稳定热传( , ) ( , ) ( ,x y zT t T t T k k k x y y z z + + x x x( )0T x,t =T( ) ( ) ( )n, , ,x y y z z t T t T tn k n k n qx y z + + = x x x( ) ( ) ( )(c , , ,x y y z z t T t T tn k n k n h Tx y z + + = x x x( ) ( ) ( )(r , , ,x y y z z t T t T tn k n k n h x y z + + = x x x为沿 x,y,z 方向的导热系数，ρ 为制动盘 ，n ，n 为边界法向单位向量，h 为对
2.7 制动盘温度场和应力场变化规律2.7.1 温度场计算结果本文借助 Abaqus 有限元软件采用顺序耦合的方法计算出一次 300km/紧急制动、一次 400km/h 下紧急制动和 200km/h 下 3 次连续紧急制动的温度数值。为研究制动盘表面裂纹应力强度因子，首先应该分析制动盘在制动过程的温度场分布，即计算制动盘的半径和厚度方向的温度分布情况，如图 2-示。在制动盘表面半径方向设置 5 个节点，其所在半径分别为 r=261mm，281m301mm，321mm，341mm，厚度方向从制动盘表面到散热筋设置 4 个点，其离盘面分别为 d=0mm，8mm，18mm，38mm。在厚度方向上，不同制动工况的温度随时间曲线如图 2-6 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]灰铸铁制动盘铸件残余应力的测定[J]. 陈萌,彭金花,杨弋涛. 现代铸铁. 2013(03)
[2]圆孔边界上弯折裂纹的奇异积分方程解法[J]. 徐冬,张蕾. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2013(03)
[3]基于断裂力学的裂隙岩体强度分析初探[J]. 任利,谢和平,谢凌志,艾婷. 工程力学. 2013(02)
[4]摩擦块形状对制动盘摩擦温度及热应力分布的影响[J]. 农万华,高飞,符蓉,韩晓明. 润滑与密封. 2012(08)
[5]热疲劳裂纹网的屏蔽规律及主裂纹应力强度因子的计算方法[J]. 闫明,王世杰,孙淑霞,孙志礼. 机械工程学报. 2009(12)
[6]制动盘的热疲劳原因与对策[J]. 森久史,彭惠民. 国外机车车辆工艺. 2009(03)
[7]STRESS INTENSITY FACTORS FOR A FINITE PLATE WITH AN INCLINED CRACK BY BOUNDARY COLLOCATION[J]. Xing Li and Xuemei You Ningxia University, China. Analysis in Theory and Applications. 2005(03)
[8]316L钢在不同温度下疲劳裂纹扩展的规律研究[J]. 王莺,高增梁,张芳,孙伟明,叶菁. 压力容器. 2004(06)
[9]金属腐蚀疲劳裂纹扩展速率的近似计算[J]. 袁劲松. 材料开发与应用. 2000(02)
博士论文
[1]高速列车锻钢制动盘热疲劳寿命评估研究[D]. 石晓玲.北京交通大学 2016
[2]高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究[D]. 张俊清.北京交通大学 2011
[3]高速客车铝基复合材料制动盘热损伤和结构设计研究[D]. 杨智勇.北京交通大学 2008
[4]高速列车合金锻钢制动盘寿命评估研究[D]. 李继山.铁道部科学研究院 2006
硕士论文
[1]高铁制动盘应力分析及其损伤机理研究[D]. 耿凯.北京交通大学 2018
[2]高速列车铸钢制动盘热疲劳性能研究及寿命预测[D]. 岑升波.西南交通大学 2016
[3]海洋钻井绞车制动盘热疲劳裂纹扩展寿命评估方法研究[D]. 时学生.江苏科技大学 2013
[4]列车制动盘温度场和应力场仿真与分析[D]. 杨强.北京交通大学 2009
本文编号：3024737
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