机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (16): 392-405.doi: 10.3901/JME.260717
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朱海燕1,2, 王文涛1, 李祥坤3, 肖乾1, 陈道云1, 张卫华2, 朱文良4
ZHU Haiyan1,2, WANG Wentao1, LI Xiangkun3, XIAO Qian1, CHEN Daoyun1, ZHANG Weihua2, ZHU Wenliang4
摘要: 残余应力是制动盘表面裂纹扩展的重要影响因素,基于线弹性断裂力学理论,使用ABAQUS-FRANC3D联合仿真方法研究残余应力影响下的制动盘裂纹扩展规律及服役寿命。首先使用SIMPACK软件建立高速列车动力学模型,获得了列车在轮轨激励作用下的振动特性,发现轮轨激励作用会使制动盘振动加剧。将轮轨激励作用下制动盘振动载荷加载至高速列车制动盘有限元模型开展热机耦合仿真计算,获得制动盘在有、无轮轨激励作用下的残余应力分布特性,发现制动过程结束后,会在制动盘周向形成18个较为显著的残余应力集中区域,其中最大残余应力可达247.32 MPa。随后,将含残余应力的模型导入FRANC3D分析裂纹扩展特性。结果表明:随着裂纹形状比增大,应力强度因子曲线由“凸”变“凹”;形状比偏小时裂纹主要沿深度扩展,偏大时沿径向扩展;当裂纹沿径向存在偏转角度时,Ⅰ型应力强度因子随角度增大而减小;两条径向无错位平行裂纹表现为抑制作用,间距越小抑制越强。最后考虑了残余应力对制动盘疲劳裂纹萌生与扩展分析,发现轮轨激励作用会加剧制动盘疲劳裂纹扩展,降低制动盘的服役寿命。研究结果可为高速列车制动盘运维策略制定提供参考。
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