基于有限元的轿车用制动盘轻量化可行性研究

针对某型车用制动盘,建立了多个紧急制动工况下SiCp/A356铝基复合材料制动盘和HT250铸铁制动盘的三维瞬态热机耦合计算模型,运用有限元方法模拟了盘式制动器的制动过程.通过分析比较不同厚度两种材料的制动盘在紧急制动工况下应力场与温度场的分布,讨论了SiCp/A356代替HT250的减重效果,用仿真实验验证了铝基复合材料制动盘应用于乘用车的可行性.     

城际动车组铝合金制动盘热应力场仿真分析

制动盘温度和热应力分布对制动盘寿命和制动性能有着极其重要的影响.本文建立制动盘热固耦合有限元模型考虑了热流密度和对流换热系数随时间的变化,运用ANSYS有限元分析软件,采用直接耦合的方法,对初速度200 km/h城际动车组铝合金制动轮盘在紧急制动时的温度场和热应力场进行仿真分析.仿真结果表明,制动盘最高温度发生在制动后43 s,最大值为244℃;制动盘最大应力是243 MPa,出现在第65 s,铝基复合材料能满足制动盘温度、强度性能要求,也能满足该城际动车组的运行要求.     

高速动车组制动盘瞬态温度与应力场计算

针对高速动车组制动盘在制动过程中因温度急剧上升,使制动盘受热膨胀产生热应力,最终出现热裂纹而导致制动盘失效的问题,根据热传导理论、弹性力学变分原理及热应力理论,分析制动盘在各界面上产生的热传导、对流和辐射换热以及受热膨胀产生的热应力。依据实际几何尺寸,建立制动盘的循环对称三维瞬态计算模型,考虑弹性模量、比热容、导热系数和线胀系数等材料参数随温度变化的影响,利用大型有限元分析软件ANSYS模拟制动盘的制动过程,分析计算制动盘温度与应力的分布,并通过试验得到验证。仿真结果表明:高速动车组在时速为200 km/h下紧急制动,制动后40 s制动盘最高温度达到416℃,制动后60 s最大应力达到651 MPa,所设计的制动盘满足强度许用应力要求。     

SiC颗粒增强6013铝基复合材料时效析出行为及力学性能

采用球磨-冷等静压-热等静压-热挤压工艺制备组织均匀、颗粒分散良好的15%质量比 SiCp/6013Al复合材料,并利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和室温力学性能测试等研究不同人工时效温度下SiCp/6013Al复合材料的析出行为和力学性能. 结果表明,复合材料析出行为受热扩散控制,温度升高导致沉淀相析出加速;复合材料中的主要强化相为Mg2Si,而且SiC颗粒能显著增强强度,但也导致复合材料的塑性快速下降;相比基体6013铝合金,15%质量比SiCp/6013Al复合材料能在更低温度、更短时间内达到峰时效,经过人工时效处理后的最高硬度为180 HV0.2,抗拉强度为522 MPa.     

SiCp/7A04铝基复合材料的高温变形行为

在Gleeble-3500热模拟机上对SiCp/7A04铝基复合材料在应变速率为0.001~1 s-1、变形温度为300~450℃条件下的流变行为进行了研究.结果表明:在实验范围内,SiCp/7A04铝基复合材料热压缩变形时均存在较明显的稳态流变特征;真应力随温度升高而降低,随应变速率的增加而升高;金相组织观察表明,动态再结晶是SiCp/7A04复合材料软化的一个重要机制,变形温度越高,动态再结晶越充分;应变速率越大,再结晶晶粒就越小.可以用包含Arrhenius项的Z参数描述SiCp/7A04复合材料高温变形时的流变行为,其中变形激活能Q=159.87 kJ/mol.     

高速客车制动盘材料SiCp/A356 细观热疲劳仿真

采用三维有限元方法模拟高速客车制动盘的非连续SiC颗粒增强铝基复合材料体元的循环热应力应变场．并按球对称模型,对颗粒增强复合材料中热膨胀差（DCTE）热应力进行了弹塑性有限元分析．探讨了颗粒增强铝基复合材料发生晶界分离失效的形成机理．证明了温度达到最大时,界面结合处产生热压应力;而在温度冷却至室温时,产生热拉应力,而一般认为压应力对疲劳损伤没有影响,因此,可将循环热疲劳过程简化为某一恒温下的疲劳过程．     

试验与仿真相结合的发动机活塞热负荷分析

借助硬度塞温度测试、数值分析手段,结合对改进前活塞的温度场和热应力的计算,对发动机改进后活塞的热负荷状况进行评估.通过计算活塞传热边界条件,利用有限元分析软件,对活塞进行温度场计算,然后利用试验实测数据对其进行标定,在计算误差小于5%的情况下,得到改进前与改进后活塞在A工况和B工况下的温度场分布,最后进行了对应工况的热应力计算.结果表明在相同工况下发动机改进后活塞最高温度均比改进前活塞低,最大热应力比改进前活塞小.在改进前活塞满足热负荷要求的前提下,改进后活塞满足热负荷要求.     

SiCp/6066铝基复合材料铸态组织和性能

采用高能球磨法 ,在SiCp 表面上部分包覆TiO2 ,再通过液态搅拌法 ,制备了SiCp/ 60 66复合材料 .利用X射线衍射分析及SEM能谱分析 ,测定了SiCp 与TiO2 粉末的混合情况 ,采用光学显微镜观察了材料铸态下的显微组织 .结果表明 ,高能球磨可以使TiO2 部分包覆SiCp,并有利于SiCp 在铝液中分散 ,SiCp/ 60 66合金铸态时的强度有显著提高 .但固 /液界面前热力场分布、冷却速度等因素对SiCp 颗粒在合金中最终分布情况有很大影响     

盘式制动器旋转结合面的热-结构耦合特性

为探索盘式制动器制动盘与制动片之间的摩擦生热规律及其热流分配规律,应用有限元软件对汽车紧急制动过程进行模拟,研究了制动器在制动过程中温度场、应力场的分布规律及其变化特征.研究结果表明:在制动过程中,系统的应力场和温度场分布都不均匀,二者沿径向和轴向都有较大的梯度,而沿周向的梯度相对较小;由于热应力和机械应力的作用,制动盘会发生热变形,从而使接触状态改变,并导致压力分布的变化,而接触压力的变化反过来又影响摩擦热流的输入;制动盘的变形既是温度场和应力场耦合作用的结果,也是振动摩擦耦合作用的结果.     

不同表面凸起单元制动盘的热应力仿真分析

高速列车制动盘工作环境温度高,易产生热裂纹,影响行车安全.本文研究了光滑型、堤坝型、球型等具有不同形状表面凸起单元的制动盘的散热情况,基于热固耦合原理,对其进行热应力仿真分析.结果表明:表面带凸起的制动盘,其温度、应力变化率较大,常规光滑型制动盘温度、应力变化率较小;制动结束后,表面带凸起的制动盘温度、应力都低于光滑型...     

SiC颗粒粒径和相对密度对泡沫SiCp/ZL104复合材料压缩性能的影响

采用CaCO3作为发泡剂用熔体发泡法制备泡沫SiC/ZL104复合材料,用CMT5205电子万能试验机对该材料压缩性能进行测试,并分析泡沫SiCn/ZL104复合材料在外力作用下的破坏机理及SiC颗粒粒径和相对密度对该材料压缩性能的影响规律。研究结果表明：泡沫SiCp/ZL104复合材料受轴向压缩时由于孔壁发生弯曲和横向拉伸而呈脆性逐层破坏或沿斜截面断裂的特征;当SiC颗粒粒径由28 μm减小到5 μm时,泡沫5％SiCp/ZL104(体积分数)复合材料的屈服应力由5 MPa增至11MPa;当其相对密度由0.16增至0.32时,对应的屈服应力由5 MPa增至10MPa。     

新型SiC_p／ZL108摩托车活塞复合材料的研究

研究采用铸造旋涡法制造ＳｉＣｐ／ＺＬ１０８复合材料的工艺，重点探讨铝液温度、颗粒表面处理及合金元素（Ｍｇ、Ｂ、Ｔｉ）对颗粒的回收率和分布的影响；与传统的活塞材料（ＺＬ１０８，ＺＬ１０９）相比，该材料具有优良的机械性能和物理性能，是摩托车活塞的理想材料。此外，通过扫描电镜和电子探针对界面进行了观察和分析，结果表明：在界面区域内有一过渡层存在。最后，对改善浸润性的机理作一简述。     

工艺因素对SiCp／Mg复合材料中颗粒分布的影响

对机械搅拌法制备ＳｉＣ颗粒增强镁基复合材料的工艺过程进行了探索，着重研究了搅拌温度、搅拌头位置，搅拌速率以及搅拌时间等工艺因素对复合材料中ＳｉＣ颗粒分散性的影响。形成了一种制备微细ＳｉＣ颗粒增强Ｍｇ－３Ａｌ基复合材料的工艺方法，并获得相应工艺参数。     

CNTs/SiCp增强镁基复合材料的力学性能

采用搅拌铸造法制备碳纳米管(CNTs)和碳化硅(SiCp)增强镁材料,并对复合材料的力学性能进行测试,对其显微组织进行观察和分析,以及利用扫描电子显微镜对断口形貌进行表征.结果表明:CNTs和SiCp的加入使镁基复合材料的晶粒细化和强化,镀镍处理后的CNTs与基体有很好的相容性,显著提高复合材料的力学性能.     

高体积分数SiCp/Al复合材料杯形件高温反挤压成形

将无压浸渗制备出的高体积分数SiCp/Al复合材料,通过高温反挤压方式成形杯形件.研究了在高温反挤压过程中复合材料的流变规律,利用扫描电镜(SEM)观察分析了高温反挤压参数对杯形件组织的影响.结果表明:在基体熔点以上,高体积分数SiCp/Al复合材料呈黏流体状态,颗粒与基体形成固-液混合体;高体积分数SiCp/Al复合材料高温反挤压变形后,基体仍保持连续,SiC颗粒在压力作用下发生转动、重排,部分颗粒破碎,颗粒分布均匀性较好;当变形温度较低、挤压速度较大时,颗粒易破碎,SiCp/Al复合材料杯形件内部颗粒尺寸不均匀,杯形件内角处颗粒尺寸较小;当变形温度较高、挤压速度较小时,杯形件内部颗粒尺寸均匀.     

往复镦挤对SiC_p/2024铝基复合材料组织性能的影响

采用室温拉伸测试、扫描电镜及透射电镜等手段研究了往复镦挤变形工艺对SiCp/2024铝基复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,SiCp/2024铝基复合材料经过往复墩挤后,基体组织出现细化,SiC颗粒发生破碎,基体中SiC颗粒由团聚变得分布均匀;在交替剪切变形作用下,基体中的位错发生重组和湮灭,形成细小的亚晶;相对于挤压态,经过4道次变形后,复合材料抗拉强度由271 MPa提高到378 MPa,屈服强度由203MPa提高到260 MPa;经过往复镦挤变形后,拉伸断口以界面脱粘和颗粒断裂方式为主.     

高应变率下SiCp/Al的断口形貌和变形机制

利用Hopkinson压杆对采用无压浸渗法制备的高体积分数SiCp/Al复合材料进行高应变率冲击压缩实验,研究了应变率对复合材料微观断口形貌的影响,分析了其在高应变率下的变形机制.结果表明：强度较高的复合材料有较强的产生变形局部化的倾向;同时,SiC颗粒尺寸对局部化的形成有明显影响,增强相颗粒尺寸较小（100μm）的复合材料更容易产生变形局部化,在高应变率压缩载荷下,无压浸渗高体积分数SiCp/Al复合材料在增强相颗粒破裂的同时会出现基体的局部化变形,复合材料的损伤行为与材料中的增强相颗粒尺寸密切相关.     

循环压制对喷射沉积7075/SiCp致密化的影响

采用循环压制工艺对多层喷射沉积大尺寸7075/SiCp复合材料(高度H>140mm)进行了致密化加工.研究了循环压制工艺对复合材料沉积坯和挤压坯密度及显微组织的影响规律,测试了复合材料的力学性能.结果表明,循环压制过程中在大的静水压力和剪切应力的共同作用下,复合材料中大部分孔洞逐渐被拉长闭合,致密化效果良好.沉积坯多次循环压制后,SiC颗粒取向平行于基体金属流动方向.挤压坯二道次压制后SiC颗粒破碎明显,分布得到改善,强度可以达到600 MPa以上.     

喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料的热疲劳行为

采用V型缺口试样对喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料进行了热循环试验,用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态.结果表明:热疲劳裂纹优先在V型缺口处萌生;复合材料经一定的热循环次数后随相对密度的提高,裂纹扩展速率下降;在复合材料的三大相——α-Al基体、Si相以及SiC颗粒中,α-Al基体阻碍热疲劳裂纹的扩展,裂纹非连续性扩展;裂纹扩展方式受Si相的尺寸和分布状态控制,裂纹绕过Si颗粒向前扩展以及裂纹穿过Si颗粒向前扩展是裂纹碰到Si颗粒时常出现的两种机制;SiC颗粒与热疲劳裂纹有强烈的交互作用,加强SiC颗粒与基体的界面结合有利于提高热疲劳寿命.