制動盤材料摩擦熱斑的試驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、熱斑是鋼鐵制動盤制動后，摩擦表面普遍存在的一種現(xiàn)象，熱斑的顏色為藏藍(lán)色。熱斑會影響制動盤摩擦表面的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)，是疲勞裂紋萌生和擴展的主要原因，對列車運行安全危害性很大，直接影響到列車和旅客的安全。我國目前對熱斑尚缺乏深入、系統(tǒng)的研究，本文針對制動盤摩擦面熱斑的產(chǎn)生進(jìn)行試驗研究和數(shù)值模擬，探討熱斑形成機理，分析熱斑形成影響因素，為制動盤的改進(jìn)設(shè)計及事故預(yù)防提供理論依據(jù)。
　　 在試驗研究方面，采用MM1000摩擦試驗機進(jìn)行摩

2、擦制動縮比試驗，在實驗室條件下生成熱斑，然后利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜分析儀等試驗設(shè)備，對熱斑產(chǎn)生處的材料組織、形貌、成分等進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，鍛鋼材料制動盤熱斑發(fā)生處材料組織發(fā)生相變，由回火索氏體相變?yōu)轳R氏體，說明熱斑發(fā)生處存在的局部高溫區(qū)溫度達(dá)到或超過727℃，大大高于摩擦表面的平均溫度；熱斑位置的鐵元素含量大幅度降低，氧元素含量大幅度升高，說明在熱斑發(fā)生處存在材料高溫氧化現(xiàn)象。
　　 在數(shù)值模擬方面，采用有限

3、元軟件對一次緊急制動過程進(jìn)行彈塑性熱-機耦合數(shù)值模擬，溫度場和應(yīng)力場分布規(guī)律表明在制動過程中制動盤摩擦表面存在明顯的局部高溫區(qū)，局部高溫區(qū)附近熱應(yīng)力增大、塑性變形加劇。結(jié)合試驗研究的結(jié)果總結(jié)出熱斑形成機理：制動過程中，制動盤摩擦表面存在局部高溫區(qū)，該高溫區(qū)域存在著較大的凸起塑性變形并與閘片產(chǎn)生局部摩擦，導(dǎo)致制動盤摩擦表面的摩擦熱量和輸入能量更為集中，使該局部高溫區(qū)域的溫度進(jìn)一步升高，在一次或多次緊急制動周期性地重復(fù)這一過程，最終將形成熱