制动盘材料构成设计过程热应力分析

应用复合材料的物理性能混合法则及离散化处理方式,运用有限元法研究了梯度SiCp/Zl104复合材料制动盘在紧急制动工况下的温度和热应力分布,并与铸铁件和均质20Vol.%SiCp/Zl104复合材料制动盘的计算结果进行比较分析.结果表明,同种工况下梯度SiCp/Zl104复合材料制动盘温度更低,热应力更小,温度和热应力在盘状件上的分布更有利于减少热疲劳和避免产生热裂纹,且梯度SiCp/Zl104复合材料制动盘具有减重和提高耐磨性能的优点,这为制备梯度SiCp/Al复合材料制动盘提供了理论上的支持.     

颗粒增强铝基复合材料在汽车制动盘上的应用

通过制动台架试验,研究了颗粒增强铝基复合材料制动盘在各种工况下的摩擦性能,发现此类制动盘摩擦系数稳定、制动噪音小、制动温升低、质轻,说明颗粒增强铝基复合材料是一种比较理想的制动材料。     

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.     

SiC颗粒增强铝基复合材料细观损伤的温度效应

SiC颗粒增强铝基复合材料的宏观力学行为与其微观损伤机理密切相关,随温度的升高,材料力学性能明显下降,SiCp/A356复合材料表现出不同的细观损伤机理.文中对真空双搅拌方法制备的质量分数为20%的SiC颗粒增强铝基复合材料在室温和高温下的细观损伤机制进行了研究,在试样断口上,通过扫描电镜观察到了不同的裂纹萌生和扩展机制,根据不同温度下表现出的不同失效方法,归纳出了复合材料细观损伤的温度效应曲线.研究表明,在室温下复合材料的裂纹萌生以基体撕裂和颗粒断裂为主,高温下其裂纹萌生机制以颗粒脱离和基体撕裂为主.     

涂覆颗粒增强耐热铝基复合材料的性能

通过真空热压、热挤压工艺制备了涂覆颗粒增强Al-Fe-V-Si耐热铝合金基复合材料,研究了该材料在不同温度下的力学生能与摩擦磨损性能,并与基体A1-Fe-V-Si和未涂覆颗粒(SiCp)增强Al-Fe-V-Si的性能进行了对比.研究结果表明涂覆后的SiC与基结合更加牢固,涂覆层Ni的加入降低了材料内部颗粒(SiCp)与基体(Al-Fe-V-Si)之间的孔隙;在室温,10%SiC/Al-Fe-V-Si(0812)复合材料的断裂强度分别比基体和复合材料10%SiC/Al-Fe-V-Si(0812)增加了62.15%和282%,在400℃时分别增加了55.30%和28.60%;复合材料耐磨性能与增强体未涂覆复合对料的相比大大提高,经增强体涂覆的铝基复合材料试样在载荷为50 N、滑动速度为0 63m/s的工况下,复合材料磨损机制在300℃时以磨粒磨损为主,高于350℃时,以粘着磨损为主.     

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.     

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.     

微米和亚微米SiCp增强Al基复合材料的力学性能

为探讨不同尺度SiCp对SiCp /Al复合材料力学性能的影响,对亚微米和微米SiCp增强Al基复合材料的抗拉和抗压等力学性能进行研究.结果表明:SiCp/Al复合材料具有良好的塑性,伸长率随SiCp体积分数和尺寸的增加而减小;其抗拉强度和抗压强度随SiCp体积分数的增加而增加.亚微米SiCp/Al的拉伸和压缩性能均优于微米SiCp/Al.亚微米SiCp /Al复合材料的断裂机制为SiCp/Al界面处空洞的形成及其在基体内扩展.微米SiCp/Al存在 SiCp的解理断裂及其沿基体扩展的复合过程.     

坩埚移动式喷射共沉积制取铝基复合材料的技术

提出了坩埚移动式喷射共沉积制备铝基SiC颗粒增强复合材料的装置和方法,并与传统的喷射共沉积装置进行了比较.在SiC颗粒增强相加入方法中,新工艺采用了双环缝复合雾化器和螺杆给料负压引流输送装置,解决了大尺寸、高SiC体积百分比复合材料坯制备技术问题.通过上述装置已经制备出Φ800×1000mm,SiC含量为20wt%,重达1t的铝基复合材料.经后续挤压、锻造加工,制备出了性能优异的6000Al/SiCp,FV0812Al/SiCp,7075Al/SiCp的大尺寸复合材料.讨论了喷射共沉积过程中金属液体对SiC颗粒的捕获机理、喷射共沉积过程中的传热与凝固特征,分析了SiC颗粒的加入对金属液粒凝固的影响.     

SiCp/A356复合材料的制备质量检验及控制

针对搅拌铸造制备SiC颗粒增强铝基复合材料的特点,提出了材料复合质量的快速检验方法和质量评判方法,讨论了控制及提高材料复合质量的方法和途径.以此为基础制备出了分布均匀、孔隙率低、含SiC的体积分数为20%的颗粒增强铝基复合材料,并采用所制备的铝基复合材料制造出了我国高速列车制动盘.     

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。     

紧急制动工况下汽车通风盘式制动器瞬态温度场分布的研究

以某乘用车前轮采用的通风盘式制动器为研究对象,建立其热-结构耦合的3维有限元分析模型.在此基础上采用直接耦合法对该通风盘式制动器在紧急制动工况下的瞬态温度场进行仿真分析,获得整个通风式制动盘和摩擦片在紧急制动过程中温度场的分布情况及变化特性.结果显示:在整个紧急制动过程中,制动盘温度场的分布不是轴对称的,其在径向、周向及轴向3个方向上均存在着一定的温度梯度; 制动盘的最高温度出现在1.91 s,最高温度为227.1 ℃.同时对该通风盘式制动器进行了与仿真分析相同制动工况下的台架试验,所获得的实验结果与仿真计算结果基本一致,从而验证了仿真分析的有效性,为通风盘式制动器的设计及优化提供了理论基础.     

盘式制动器热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析

为了解决盘式制动器由于摩擦温度过高而导致可靠性降低的问题,以某种汽车的通风盘式制动器为例,进行了热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析.利用Workbench的“Coupled Field Transient”模块进行热-机耦合分析,得到了在紧急制动工况下制动器瞬态温度场分布,然后通过与实验结果对比分析,确定有限元模型的准确性.根据制动器最高温度不能超过许用温度的关系推测,利用自适应Kriging代理模型理论建立制动器热-机耦合可靠性功能函数模型.采用自适应Kriging-Monte Carlo 模拟 (adaptive Kriging-Monte Carlo simulation, AK-MCS)方法进行热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析,确定设计参数对可靠性的影响程度,并用Monte Carlo法进行结果的验证.结果表明:制动盘单侧厚度对可靠性的影响最为明显,制动盘的导热系数、比热容和散热加强筋厚度次之,制动盘密度影响最小.     

基于有限元法的重卡轮毂轴承单元温度场分析

以重卡轮毂轴承单元为研究对象,确定温度场分析的边界条件,建立重卡轮毂轴承单元与制动鼓的传热模型,利用Ansys Workbench有限元软件对重卡轮毂轴承单元进行温度场分析,得到重卡轮毂轴承在不同径向载荷和转速工况下的温度分布特征以及紧急制动、重复制动、持续制动3种工况下制动鼓对重卡轮毂轴承最高温度的影响。结果表明,重卡轮毂轴承最高温度随轴承径向载荷、转速的增大而升高,且转速的影响更为显著;3种制动工况都会对重卡轮毂轴承温度产生一定影响,但重复制动与持续制动工况对制动鼓与重卡轮毂轴承的最高温度影响显著。     

SiC_p/A356铝合金复合材料触变挤压研究

采用有限元软件DEFORM-3DTM模拟SiCp/A356铝合金复合材料电子封装壳体的成形过程,应用等温压缩实验数据分析材料模型触变成形过程中金属流动速度场和温度场分布,并对可能产生的成形缺陷进行预测.研究发现,一模四件的模型更适合半固态触变成形,缺陷可能出现在最后成形的成形件侧棱两角.     

制动鼓瞬态温度场有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS8．1建立了制动鼓的三维有限元模型,对紧急制动工况下制动鼓的瞬态温度场进行分析计算,揭示出紧急制动工况下制动鼓内部温度场分布规律,以及制动过程中制动鼓内部温度随时间变化规律,可为进一步研究制动效能恒定以及客车制动器设计提供参考。     

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.