车轮多边形激励下高速列车制动界面摩擦学行为分析

高速列车车轮多边形磨耗是一种沿车轮周向的不均匀磨耗,是列车服役过程中常见的车轮失效现象,其产生的剧烈轮轨激励严重威胁车辆系统服役可靠性.制动系统作为保障高速列车服役安全的核心部件,其界面摩擦学行为直接受到轮轨激励的影响.为探究车轮多边形激励下的制动界面摩擦学行为,建立了刚柔耦合车辆动力学模型和制动系统热机耦合有限元模型,并分别通过线路试验和台架试验验证了模型的正确性.然后,提出一种考虑车轮多边形激励的制动界面摩擦学行为分析方法,能够真实地反映服役过程中制动界面摩擦学行为.基于此,研究了不同车辆运行速度下车轮多边形激励对制动系统动态接触、温度以及振动特性的影响规律.结果表明：车轮多边形磨耗导致系统接触面积、摩擦热、接触应力和振动等摩擦学行为更为复杂且剧烈.此外,系统接触面积标准差和振动加速度均方根值随速度的增加而增大.因此,车轮多边形磨耗对制动界面摩擦学行为具有不可忽略的影响.该研究成果可为制动系统界面摩擦学行为研究及结构优化设计提供有效方法与工程指导.     

高速列车铁基烧结闸片材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金工艺,通过对材料组成和工艺等的实验研究,获得了一种铁基烧结闸片材料,对材料的物理机械性能、摩擦磨损性能和微观组织结构等进行了分析测试,探讨了烧结摩擦材料的摩擦磨损机理以及材料微观组织结构与摩擦磨损性能之间的关系。结果表明：该材料摩擦系数较高（0．31）,磨损率低（0．022mm/次）,摩擦稳定性优良;同时具有良好的物理机械性能,是一种潜在的高速列车制动闸片材料。烧结摩擦材料的摩擦机理归于啮合和粘着,而磨损机理归于磨粒磨损和疲劳裂纹萌生及扩展。     

摩擦粒子填充材料对高速列车闸片制动性能的影响

在自行研制的制动缩比试验台上,对中心孔填充不同材料的高速列车制动闸片摩擦粒子进行拖曳制动试验,并采用有限元分析方法进行制动系统复特征值和接触应力分析,探讨填充不同材料对磨损特性、振动噪声和热分布的影响. 结果表明:原始摩擦粒子中心孔填充材料后,对制动系统的摩擦系数和模态耦合特性未产生显著影响,但对界面磨损行为和系统振动噪声特性产生明显影响. 填充粉末冶金后排屑行为下降,磨损行为更为复杂,制动系统产生的噪声增大;而填充紫铜、石墨和铸铁后的制动噪声均有所降低,尤其填充铸铁后表面磨损相对均匀,其摩擦学性能相较于其他粒子得到一定的改善. 填充材料产生的磨屑及相应的界面磨损行为是影响制动摩擦振动噪声和表面热分布的关键因素,填充合理的材料有助于降低制动噪声和改善制动界面磨损行为及表面热分布.      

基于CBAM-CNN的高速列车制动闸片摩擦块偏磨状态监控

为了解决高速列车制动闸片偏磨状态特征提取困难的问题,提出了一种基于二维图像识别的多尺度卷积和卷积注意力模块(CBAM)结合的状态监控模型. CBAM分别对数据的通道和空间给予不同的关注度以提取出关键的信息,使模型能够准确的对偏磨的状态特征进行提取.模型的多尺度卷积模块则是增加模型对卷积核尺度的适应性,以提取到更加丰富的特征.此外,为了防止模型训练过程中梯度爆炸和梯度消失的现象,在模型中加入残差连接.最后,将所提方法应用于自行研制的高速列车自制试验台得到的制动闸片偏磨数据集,实验结果表明,该模型不仅能够准确有效的识别制动闸片各种偏磨状态,平均准确率达到99.89%,而且也具有较强的稳定性.     

制动速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模拟刹车制动方法研究"温压-原位反应法"制备的C/C-SiC复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能,分别用光学显微镜和扫描电子显微镜对摩擦表面及其磨屑形貌进行观察,用X射线衍射仪分析磨屑成分.结果表明:摩擦系数随制动速度提高先升高而后降低,在制动速度为10 m/s时达到最大值0.46,且当制动速度超过20 m/s时产生高频振动;随着制动速度提高,磨屑愈被碾磨变细,且磨损量随之增大,在制动速度为28 m/s时线性磨损量急剧升至8.75 μm;C/C-SiC复合材料在中等能载(1.5 kJ/cm2)条件下具有优良的摩擦磨损性能.     

石墨表面金属包覆处理对Cu基粉末冶金摩擦材料制动摩擦学行为的影响

分别以铜包覆石墨和普通石墨作为润滑组元,采用放电等离子烧结技术制备了两种铜基粉末冶金摩擦材料. 在对两种材料进行微观组织、力学及物理性能检测和对比之后,利用MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台测试了不同条件下两者的制动摩擦磨损性能,并通过对试验后两种材料的摩擦表面及其三维形貌特征、表面及近表层主要元素分布特点、磨屑特征和摩擦表面物相进行微观分析,研究了石墨表面金属包覆处理对制动条件下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为的影响,并结合热力学相关理论解释了引起两种材料制动摩擦学行为差异的原因. 结果表明:石墨表面经铜包覆处理后,会使烧结时石墨与Cu基体间的界面结合得到明显改善,且材料的硬度、致密度和导热系数也可显著提高. 随着制动速度的提高,两种材料的平均摩擦系数和磨损率均逐渐降低;在相同的制动条件下,采用铜包覆石墨作润滑剂时,材料的平均摩擦系数和磨损率均较低,同时材料摩擦表面的几何质量较好. 提高制动速度均能够促进两种材料表面形成摩擦膜,但分别采用铜包覆石墨和普通石墨作润滑组元时,材料表面摩擦膜的形成机制存在明显差异. 采用铜包覆石墨时,材料表面主要形成氧化膜,而采用普通石墨时,由于材料表面存在的较多石墨对氧化反应具有较强的抑制作用,而使得此时表面主要形成石墨膜,且其对材料表面的保护效果不及氧化膜.      

CRH380A型高速动车组制动闸片摩擦损伤分析

本研究中选取CRH380A型高速动车组服役中的制动闸片作为研究对象,利用微观分析测试手段分析了该闸片摩擦粒子的损伤特征及其原因,得出摩擦粒子的主要损伤特征为剥落和裂纹.根据闸片摩擦粒子形貌和成分分析结果,结合不同制动时刻摩擦粒子的应力分布状态,分析了形成以上两种主要损伤的原因和机理.结果表明:闸片摩擦粒子材料加工过程中形成的气穴、不同组元的硬度和耐磨性差异等应是导致其发生块状剥落的主要原因;而制动闸片切入端的摩擦粒子应力较大,这可能是导致制动闸片偏磨的主要原因之一,且摩擦粒子的中心圆孔附近存在应力集中现象,导致了裂纹更容易在圆孔周边萌生,同时材料加工过程中形成的气穴、不同组元之间结合强度不足等原因也导致了裂纹的萌生与扩展.     

时变接触特性表面对界面摩擦学行为的影响

通过在锻钢基材表面沟槽中分别填充灰铸铁HT300、Mn-Cu合金和Mn-Cu阻尼合金材料获得具有时变接触特性的表面,并对锻钢光滑表面试样和时变接触特性表面进行摩擦学试验,研究不同时变接触特性表面对界面摩擦学行为(摩擦噪声、摩擦振动以及磨损行为)的影响. 结果表明:填充HT300的时变接触特性表面缓解了界面磨损,有效延续摩擦系统的稳定状态,抑制摩擦振动和噪声的产生;相反,填充Mn-Cu合金和填充Mn-Cu阻尼合金的时变接触特性表面加剧了界面磨损,加速了摩擦系统不稳定状态的出现,进而激发出高强度的摩擦振动和噪声. 在本研究中,摩擦系统失稳引起摩擦振动和噪声主要归因于摩擦磨损过程中黏着撕裂和犁削等界面作用,填充材料的阻尼特性未能起到减振降噪的效果.      

高速干摩擦条件下铝基复合材料的摩擦磨损行为研究

在MMS-1G型高速干滑动摩擦磨损试验机上,采用铝基复合材料和蠕墨铸铁作为销试样,研究了速度和接触压力对摩擦副摩擦磨损特性的影响.结果表明:摩擦副的摩擦磨损特性受控于所产生的摩擦热、材料的导热能力以及材料保持一定塑性变形抗力的温度条件三者之间的耦合作用;随着速度与接触压力的增加,摩擦副的摩擦系数显著降低;不同材料表现出不同的磨损行为;接触压力愈高,材料的摩擦磨损性能差异愈小;在本文试验条件下,当摩擦速度较低(＜100 m/s)时,蠕墨铸铁表现出良好的摩擦磨损特性,而速度较高(＞100 m/s)时, 铝基复合材料表现出较优良的摩擦磨损性能.     

滑液组分对人工关节摩擦学行为影响研究进展

随着社会老龄化和关节疾病年轻化趋向严重,关节疾病患者越来越多,人工关节置换术是治疗关节疾病的重要手段.由于磨损过程中产生的磨屑与骨组织发生作用,造成骨溶解,进而使假体因无菌性松动而失效.良好的润滑是减少人工关节摩擦磨损的重要原因,因此研究人工关节的润滑机理,减少其摩擦磨损,对于延长人工关节的使用寿命有极其重要的意义.人工关节主要依靠滑液润滑,滑液的主要成分有白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质,进行关节置换术后滑液组分和浓度可能发生改变,进而影响人工关节的摩擦学行为.综述白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质四种主要组分及其耦合作用对人工关节的摩擦学行为,为探究人工滑液提供一定理论依据,对延长人工关节的使用寿命具有重要意义.     

铜-石墨材料摩擦学行为的研究

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨烧结材料,通过定速摩擦试验机,研究了石墨含量与第三体形态的关系及对材料摩擦性能的影响.结果表明:石墨含量小于15%时,石墨对材料的孔隙度及摩擦温度影响明显,表现出材料的摩擦磨损性能与石墨含量密切相关,这归因于干摩擦条件下摩擦表面形成的含有石墨粒子的第三体对摩擦性能作用明显.石墨含量低,形成的第三体金属成分高,硬质金属的犁沟作用导致摩擦系数和磨损率较高.随石墨含量增加,第三体中的石墨含量增加,这导致第三体致密程度和黏着程度降低,松散易流动的第三体有利于降低犁沟程度,从而起到降低和稳定摩擦系数、减少磨损率的作用.     

纤维增强合成闸片摩擦磨损特性的试验研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机进行了纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片与H300制动韫材料配副的制动摩擦试验,记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况,采用三维激光共焦扫描显微镜（CLSM）分析了磨损表面形貌．结果表明：制动初速度对纤维增强合成闸片的平均摩擦系数影响小于HZ408合成闸片,在高速制动工况下,纤维增强合成闸片的平均摩擦系数大于HZ408,耐磨性略低于HZ408合成闸片;在低速制动工况下,纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片所引起的制动盘温升大致相同;在高速制动工况下前者引起的制动盘温升略高．     

冷压盘式刹车片摩擦磨损性能的研究

采用ＭＭ－１０００型摩擦试验机、定速式摩擦试验机和台架试验机研究了冷压盘式刹车片的摩擦磨损性能。结果表明：采用冷压工艺制造的杀车片材料的摩擦磨损性能较好，摩擦系数在不同压力、速度和温度下较稳定，在汽车盘式刹车片中试用性能良好。根据刹车片的使用工况，利用ＭＭ－１０００型摩擦试验机进行小样模拟试验，所得测试结果与台架试验有较好的一致性。     

表面形貌对滑动接触界面摩擦行为的影响

为了研究表面形貌对拉延形成的滑动接触界面摩擦行为的影响,设计了一种新型的摩擦试验装置.在油润滑条件下,针对具有单向沟槽、规则圆形凹坑和随机表面的铝合金试样,以不同滑动速度与接触压力进行一系列摩擦试验.利用非接触式三维轮廓仪测量出试验前后试样的三维表面形貌参数,并选取表面高度算术平均偏差Sa,表面支承指数Sbi,中心区空体体积Vvc和谷区空体体积Vvv来分析滑动接触界面表面形貌的变化规律.结果表明:规则圆形凹坑表面比单向沟槽表面和随机表面具有较低的摩擦系数;在相对低的接触压力下,3种表面的摩擦系数随着接触压力的增大而减小,但在高的接触压力下,3种表面的摩擦系数随着接触压力的增大而增大;在接触压力一定的情况下,3种表面的摩擦系数对滑动速度有显著依赖性;表面形貌、滑动速度和接触压力是影响滑动接触界面摩擦行为的重要因素.     

The Effect of Bogie Positions on the Aerodynamic Behavior of a High-Speed Train: An IDDES Study

Flow, Turbulence and Combustion - In this study, an improved delayed detached-eddy simulation method has been used to investigate the aerodynamic behavior of the CRH2 high-speed trains (HST) with...     

聚双环戊二烯在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能

采用反应注射成型法制备了聚双环戊二烯(PDCPD)材料,力学性能测定结果表明所得材料具有较高韧性和刚性.利用MM-200摩擦试验机考察了PDCPD材料在干摩擦和液体石蜡润滑下的摩擦学性能,结果表明:干摩擦条件下,负荷在一定范围内时材料呈现黏着磨损,而当负荷较高时,发生严重的机械切削和塑性变形,呈现类似于疲劳磨损的磨损方式;液体石蜡润滑条件下,材料呈现典型的磨粒磨损,在所研究的负荷范围内表现出优良的摩擦学性能.