制动盘表面微结构仿生构建与应力场分析

制动盘摩擦磨损不均匀易引起制动失效,导致重大交通事故的发生。基于蝗虫体表因具有非光滑表面结构而表现出的良好耐磨特性,应用SolidWorks三维制图软件建立了不同制动盘表面微结构仿生模型。运用ANSYS Workbench仿真软件,对不同表面微结构制动盘在不同初始速度下摩擦制动过程中的制动时间及应力分布情况进行了分析。得到了仿生制动盘表面结构的变化对制动性能和耐磨性能的影响情况,表明直沟槽表面制动盘的制动性能和耐磨性能相对较好。该研究结果对寻求一种制动性能和耐磨性能良好的仿生制动盘表面优化设计方法提供了理论基础。     

列车制动盘通风散热的数值仿真

对流换热是降低制动盘摩擦面温度的重要散热形式.针对带散热筋结构的列车制动盘,采用CFD-ACE软件,对不同散热筋结构及布置形式下的制动盘内部通道速度场、温度场和对流换热系数等的变化规律进行了研究,提出了用体积换热量评估制动盘的有效换热效率.结果发现:制动盘通风通道对流换热系数沿着内径到外径不断降低,迎风面换热系数明显高于背风面;径向筋板的间断分布可以提高7.4％的制动盘与空气的平均对流换热系数;在长筋板间增加短筋板将增强17.2％的制动盘换热量.     

仿生制动盘热-结构耦合场的ANSYS仿真分析

汽车制动盘在紧急制动下易发生热衰退导致的制动性能失效现象,从而引起事故的频繁发生.基于昆虫体表因具有非光滑表面结构而表现出的耐磨特性,构建了制动盘表面微结构仿生模型.根据热分析理论,对模型进行了不同初始速度下摩擦制动过程中瞬态温度场的仿真分析,研究了仿生制动盘表面微结构对散热性能的影响.结果表明:表面具有微凹坑结构的制动盘表现出较好的散热性能,利于制动性能的提高;这源于凹坑结构更易储存空气,能够实现制动盘与周围空气的快速换热,利于制动热量的迅速散失,从而有效降低因温度骤然升高而引起的热疲劳和热磨损.     

快速列车盘型制动热过程有限元分析

制动热过程分析对于列车制动盘的结构设计及寿命评估具有重要意义。该文对160km.h-1快速列车制动盘温度场进行了数值计算,重点讨论了制动加载方式、制动工况和环境温度对制动盘瞬态温度场的影响。将闸片与制动盘的摩擦生热等效为瞬时移动面热源,建立了循环对称制动盘有限元分析模型,进而采用MSC.Marc有限元软件分析了制动盘瞬时温度场的三维分布特征及制动盘工作面的热循环历程。结果表明:由于接触区的温度不均匀性,采用均布制动载荷方式不利于闸片的均匀磨损;混合制动模式下对制动盘产生瞬时尖峰热冲击;制动盘内的瞬时温度梯度及温度变化速率具有基于环境温差的整体平移特性。     

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...     

制动盘罩壳结构对制动盘散热的影响

本文运用Hypermesh和star-cd3.26软件从制动盘罩壳结构对制动盘散热的影响进行了分析,根据分析结果设计可行有效的改进方案并进行实车验证。     

起升机构盘式制动器散热性能研究

本文针对起重机的工作特点,研完了提高起重机械用盘式制动器的散热性能和热负荷能力的方法,给出了曲线通风道的设计公式,并设计了直径为560mm的三种不同结构型式制动盘——实心制动盘、直通风道制动盘和曲线通风道制动盘。最后,从理论上和实验中评定了它们的散热性能和热负荷能力,得到的结论是:曲线通风道制动盘的散热性能最好和热负荷能力最高。     

我国高速列车制动盘选材探讨

根据高速列车发展情况,结合国内外制动盘选材应用和研究,探讨我国高速列车制动盘的选材问题.在准高速(160 km/h)的情况下,选用蠕墨铸铁材料作为制动盘材质,可获得良好的制动性能、较长的使用寿命和较低的制造成本;列车速度进一步提高,蠕铁材料的强度性能难以适应制动盘的使用要求,需进一步开发锻钢或铸钢合金材料.     

不同表面形式沟槽对集装箱列车气动阻力特性的影响研究

针对铁路单层集装箱表面结构单一、气动阻力特性差等问题，本文设计了适用于集装箱的三角形、梯形、弧形和矩形表面形式沟槽结构.利用ANSYS Fluent软件，采用基于Realized k-ε湍流模型和SIMPLE算法，对比了4种不同表面形式沟槽的集装箱列车模型的气动阻力，结果表明：明线情况下，弧形沟槽结构集装箱列车气动阻力最小；不同表面形式沟槽结构的集装箱列车所受的气动阻力差异主要来自于集装箱；集装箱的压差阻力贡献了主要的气动阻力，弧形沟槽结构集装箱压差阻力最小，而摩擦阻力最大.     

闸片摩擦块排列方式对高速列车制动盘磨损深度的影响

制动盘的摩擦磨损是高速列车盘式制动工作失效的重要原因,且摩擦块的排列方式是影响制动盘最大磨损深度的重要因素。为研究摩擦块排列方式对制动盘最大磨损深度的影响,考虑摩擦温度、接触应力和相对滑移速度在制动过程发生变化,基于Archard磨损模型进行修正,利用Ansys有限元仿真软件,建立制动盘-闸片三维瞬态模型,采用列车在通过42号道岔紧急制动时的工况,仿真计算了不同摩擦块排列方式下制动盘摩擦面的最大磨损深度值。分析了最大接触应力,提出了“应力磨损因子”参数,用来表征应力对最大磨损深度的影响。提取了径向节点磨损深度,分析了摩擦表面的磨损形貌,给出了摩擦块不同排列方式对制动盘磨损深度的影响规律。该研究为改善制动盘磨损提供理论依据和新的思路,为今后铁路制动系统闸片结构的设计提供了借鉴。     

仿生表面微结构减阻优化及机理研究综述

介绍了自然界中几种较为典型的非光滑结构表面生物,阐明了合理表面微结构可以改变近壁区湍流结构的规律,针对表面微结构的类型、减阻研究实例、减阻机理和减阻应用等4个方面进行了评述,提出了沟槽扩展类型,并指出减阻机理研究应拓展至复杂形态结构。分析表明:微结构类型对减阻效果有较大影响,减阻优化及其机理研究是仿生表面微结构减阻工作的重点,仿生表面微结构减阻优化可进一步提高节能降耗的效率,在飞行器、高速列车、汽车等工程领域具有广泛的应用前景。     

内外通风式制动盘的对比分析研究

通风式制动盘存在内通风和外通风两种形式,本文通过仿真对两种形式的制动盘进行分析研究,主要对两种形式的制动盘热翘曲及散热情况进行对比研究。     

快速列车制动盘安全评定与寿命预测模型

为分析含缺陷制动盘的结构完整性,应用断裂力学理论对快速列车制动盘进行了系统的寿命评估研究。根据对制动盘失效情况的调查和盘体应力变化规律计算结果,确定了制动盘失效机制,进而建立了制动盘安全评定与寿命预测模型,从工作断面、工作应力、断裂参量、计算方法、判别准则和评定步骤等方面对预测模型的理论与方法进行了阐述。结果表明:在残余拉应力和热压应力组成的疲劳应力循环驱动下,盘体内部的初始缺陷处引发裂纹并扩展至表面是导致制动盘失效的主要原因。研究结果可以为制动盘的结构设计、产品验收,以及运行大修期的确定提供参考依据,对于高速列车及其他车辆和机械的制动盘安全评定与寿命预测具有一定的指导意义。     

某乘用车制动盘冷却特性的研究

基于某SUV的整车环境,利用数值计算和热环境风洞(CWT)试验的方法,探索了重复制动工况下制动盘的温升和冷却过程,分析了制动盘冷却过程中的散热方式以及冷却特性.结果表明,计算流体力学(CFD)得到的温升和冷却特性曲线与试验结果的一致性较好;对流散热是影响制动盘冷却性能的主导因素;制动盘的温度随冷却时间呈指数关系下降,冷却系数随汽车来流速度呈幂律关系增长.     

高速列车横风气动力数值计算研究

采用雷诺平均的方法对高速列车横风稳定性进行了数值模拟,重点研究了列车在侧偏角为8.77°下的横风特性。研究对象为高速列车的风洞缩比模型,将数值计算结果与实验值进行了对比。鉴于当前各类软件针对复杂列车车体横风稳定性的计算仍然不成熟,首先进行了三类商用软件的数值计算比较,分析了不同软件计算结果的精度差异。针对复杂列车外形的网格划分也是数值计算中的重要组成部分,针对两套列车网格进行了分析,研究了网格对计算精度的影响。在与实验值拟合最好结果的基础上,还着重研究了列车在横风作用下的气动特性。背风侧上下侧面拐角位置的流动分离是横风效应的最明显特征,由于流动分离而产生的涡系沿着列车背风侧向下游延伸,并且其强度也不断增强。本文还从气动力角度对横风特性展开了研究。横风条件下列车气动力与无横风相比有较大差异,对列车不同部位的气动力及其组成等进行了分析。     

高速列车铸钢与锻钢制动盘CCT曲线测定与分析

为明确高速列车铸钢制动盘与锻钢制动盘材料的组织转变特性,采用DIL 805L型热膨胀仪测定高速列车用铸钢制动盘与锻钢制动盘用低合金钢材料的过冷奥氏体连续冷却转变特性并绘制CCT曲线,分析并测试2种制动盘材料在不同冷却速率条件下的微观组织结构及显微硬度。研究结果表明：铸钢制动盘低合金钢的奥氏体转变(A_C3)温度为847℃,锻钢制动盘低合金钢的A_C3温度为862℃,在0.2℃/s的缓慢冷却条件下,锻钢制动盘材料会发生奥氏体向铁素体-珠光体组织的转变,铸钢制动盘材料在冷却速率大于20.0℃/s的条件下可以获得完全的马氏体组织,而锻钢制动盘材料的完全马氏体组织转变临界冷却速率为50.0℃/s。在制动盘实际服役过程中,摩擦面上的局部过热区会在冷却过程中发生贝氏体和马氏体转变并产生局部硬化。     

径向通风制动盘的设计及散热

本文提出了具有径向通风道的制动盘的设计思想,导出了径向通风道的散热计算公式,证明了该型制动盘的优越性,并附有计算举例.     

二维多晶体材料微结构的力学响应计算

为了研究二维多晶体材料微结构细观尺度的力学性能和失效行为,将材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的代表性体积单元(RVE)上.利用已开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维多晶体材料微结构模型,采用C程序设计和Python脚本语言混合编程的方法,开发出用于材料微结构有限元网格划分与细观应力响应计算的软件AutoRVE,这对评估微裂纹的启裂、扩展,预测复合材料微结构材料损伤后的材料性能,推演微结构"虚拟失效"行为具有指导意义.     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形数值模拟

本文利用有限元分析软件MARC对薄壁轴向微沟槽铜管钢球高速旋压成形过程进行模拟,建立了简化的1/4旋转对称模型,并采用了更新拉格朗日算法和全局网格重划分技术,成功解决了模拟过程中的网格穿透和收敛问题.对薄壁微沟槽铜管的成形特征和残余应力、等效应力应变的分布规律进行了分析.结果表明,成形过程中,金属会出现回弹效应并由此产生凹口等缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,表层应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外表面.过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生粗糙形貌.该研究对优化成形工艺参数,抑制缺陷产生有着重要意义.     

二维复合材料微结构的力学响应计算

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现二维复合材料微结构的细观应力响应计算.