高速列车锻钢制动盘热疲劳裂纹耦合扩展特性研究

来源：机械工程学报杂志2016年第10期北京时间：

作者：石晓玲, 李强, 宋占勋, 杨广雪

单位：1. 北京交通大学机械与电子控制工程学院 北京 100044; 2. 北京市轨道交通建设管理有限公司 北京 100037

摘要：据制动盘裂纹剖面的宏观形貌,发现盘面长裂纹的形成以多条半椭圆表面裂纹连通为主。针对制动盘在运行过程中的典型运用工况,采用有限元法计算制动盘在300 km/h紧急制动后的热应力,发现周向残余应力较大,并以此推测周向残余应力是驱动制动盘热疲劳裂纹扩展的主要原因。在此基础上,建立制动盘盘面的裂纹网格,研究了裂纹扩展过程中的应力强度因子和多裂纹耦合扩展规律。通过研究发现对于给定的载荷条件,不同初始形状比时,裂纹前缘应力强度因子的分布规律存在一定的规律性,随着裂纹的扩展,裂纹形状趋于扁平化;多裂纹扩展时,裂纹间距越小,裂纹间的相互作用越明显,扩展速度越快;但受制动盘结构和尺寸限制,共线裂纹数越多,每条裂纹扩展到临界值时的应力强度因子越小。

关键词：残余应力,高速列车,耦合扩展,热疲劳裂纹,应力强度因子,制动盘；

基金资助：国家自然科学基金(U1134201)和国家科技支撑计划(2011BAG10B01)资助项目