基于物理参数的转向架定位橡胶节点动力学建模

针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件, 开展了基于物理参数的橡胶件非线性动力学建模方法研究; 为准确模拟其非线性刚度与阻尼的硬度相关性、结构尺寸相关性、激励频率相关性和激励位移幅值相关性, 采用有限元软件ABAQUS中的Mooney-Rivlin橡胶本构模型表征橡胶件的刚度与其结构尺寸和胶料硬度之间的相关性, 采用包括分数导数阻尼力元、摩擦力元和弹簧力元的动力学模型表征橡胶件刚度和阻尼的频变、幅变特性, 采用最小二乘法实现基于台架试验的模型参数识别; 对橡胶垫和定位橡胶节点的非线性特性进行仿真和台架试验, 验证了动力学模型的有效性; 在SIMPACK软件中定义自编力元, 进行车辆动力学性能分析, 有限元模型为动力学模型提供了基础的模型参数。分析结果表明: 橡胶垫和定位橡胶节点的刚度与胶料邵氏硬度基本呈正比关系, 硬度80 HA对应的刚度约为60 HA时的2倍; 载荷作用方向的胶料越少其对应方向的刚度越大; 橡胶垫的轴向和径向刚度解耦, 分别受高度和内外径尺寸影响, 橡胶垫轴向刚度随高度的下降率为0.2~0.6 MN·m-1·mm-1; 定位橡胶节点的芯轴尺寸改变引起其轴向和径向刚度同时变化, 定位橡胶节点径向刚度随内径的增长率为3.1~5.2 MN·m-1·mm-1; 采用非线性橡胶件动力学模型的车辆动力学仿真结果与传统等效力元模型结果差异为20%, 说明橡胶垫和定位橡胶节点动态参数的非线性对车辆动力学性能有显著影响。      

Fe-30Mn-11Al-1C合金的调幅分解

通过金相、XRD、透射电镜和显微硬度，分析了Fe-30Mn-11A1-1C合金在450～750℃温度区间时效的组织和硬度的变化规律，研究结果表明时效温度低于450℃奥氏体难以析出第二相，其硬度变化也不大；在550～750℃时效2h，奥氏体晶内产生调幅分解，晶界析出Fe3Al，电镜可观察到典型的调幅结构，随时效温度升高调幅结构波长变大；在650℃经2h时效，有βMn析出；调幅分解及析出相都可以提高合金硬度，但析出物粗化使硬度明显降低．     

盾构隧道橡胶密封垫压缩蠕变试验研究

对断面A、B两种盾构隧道橡胶密封垫进行了长期恒压作用下的压缩蠕变试验,发现橡胶密封垫压缩的蠕变形变与蠕变时间的对数近似呈线性关系,以此提出预测公式,并根据第一次试验数据拟合得到的预测公式中的参数来预测第二次试验数据,验证预测公式的合理性。通过比较本预测公式、Kelvin模型以及三参数模型,发现本预测公式能很好地反映橡胶密封垫在恒压下的压缩蠕变行为,是三种模型中反映橡胶密封垫蠕变行为最好的。试验发现,橡胶密封垫压缩蠕变行为受温度影响不明显,蠕变试验较应力松弛试验能更好地反映密封垫的耐久性能。本试验研究结果对研究和预测橡胶材料的长时间力学行为和使用寿命具有较重要的学术意义和实用价值。     

高韧高硬高速钢的研究

用化学成分分析法、金相分析法、X射线结构分析法以及表面硬度、剥层硬度和显微硬度测定法研究了高速钢25W3Mo4Cr2V7Co5和25W6Mo5Cr4V2A1的渗碳温度和时间、淬火加热温度以及回火温度和次数对其渗层的碳浓度分布、金相组织、相组成、层探、表面硬度和硬度分布的影响规律。用切削试验进行了寿命对比,并对低碳高速钢的渗碳机理进行了探讨和分析,针对混合型扩散控制的渗碳过程,建立了两个描述渗碳深度与时间关系的方程,扩大了经典公式的适用范围。     

低温球磨制备块体纳米Al晶体材料的组织与性能

采用低温球磨结合真空热压烧结技术制备了块体纳米Al晶体材料，并加入硬质Al2O3颗粒来进一步提高该材料的强度和硬度．利用X射线衍射，透射电镜对材料的微观组织进行了分析和观察，并对所制备块体纳米材料的密度、显微硬度和拉伸性能进行了测定．研究结果表明：当球磨时间从8h增加到14h时，纳米Al粉末颗粒的晶粒尺寸从55nm减小到43nm，微观应变从0．0272％增至0．0759％．经致密化处理后，该材料的晶粒尺寸从115nm减小到71nm．经热挤压后的块体纳米Al及Al—Al2O3晶体材料的相对密度都达99．4％以上，其最高显微维氏硬度分别为1．02和1．22GPa，比粗晶Al的显微维氏硬度分别提高了3和3．6倍．块体纳米Al的最高屈服强度和抗拉强度分别为165和243MPa，比粗晶1050纯Al的屈服强度和抗拉强度分别提高了7．5和3．2倍．当平均晶粒尺寸小于223nm时，得到块体纳米Al材料的屈服强度与晶粒尺寸之间的关系为σ=71．8＋1．8D^-1/2．     

低温球磨制备块体纳米Al晶体材料的组织与性能

采用低温球磨结合真空热压烧结技术制备了块体纳米Al晶体材料，并加入硬质Al2O3颗粒来进一步提高该材料的强度和硬度．利用X射线衍射，透射电镜对材料的微观组织进行了分析和观察，并对所制备块体纳米材料的密度、显微硬度和拉伸性能进行了测定．研究结果表明：当球磨时间从8h增加到14h时，纳米Al粉末颗粒的晶粒尺寸从55nm减小到43nm，微观应变从0．0272％增至0．0759％．经致密化处理后，该材料的晶粒尺寸从115nm减小到71nm．经热挤压后的块体纳米Al及Al—Al2O3晶体材料的相对密度都达99．4％以上，其最高显微维氏硬度分别为1．02和1．22GPa，比粗晶Al的显微维氏硬度分别提高了3和3．6倍．块体纳米Al的最高屈服强度和抗拉强度分别为165和243MPa，比粗晶1050纯Al的屈服强度和抗拉强度分别提高了7．5和3．2倍．当平均晶粒尺寸小于223nm时，得到块体纳米Al材料的屈服强度与晶粒尺寸之间的关系为σ=71．8＋1．8D^-1/2．     

圆板式橡胶支座抗压试验及应力分析

对圆板式橡胶支座做了抗压试验和橡胶硬度试验,在试验的基础上根据橡胶材料特性和橡胶支座行为特征基本理论,建立FEA模型,并对橡胶支座在轴心均布加载工况进行应力分析,结合支座抗压试验变形数据和支座内部应力分布规律证明该FEA模型基本正确,由计算结果可以看出在支座内部存在着应力分布不均匀的现象,同时还可看出圆板式橡胶支座圆周橡胶保护层具有减小支座内部剪应力的作用。     

基于黏弹性的橡胶改性沥青路面抗滑性能研究

为研究橡胶颗粒对沥青路面抗滑性能的影响,基于SMA-13沥青混合料,采用内掺法以橡胶颗粒等量替代相应的集料进行橡胶改性沥青混合料配合比设计,橡胶颗粒掺量R=0%、1%、3%、5%,配制得到4组沥青混合料SMA-13A、SMA-13B、SMA-13C、SMA-13D,分别制备旋转压实试件及车辙板试件,保持试件温度T=10、20、30、40、50℃。采用单轴压缩试验方法进行AMPT简单性能试验,得到动态模量E和相位角φ;利用自主研发的轮胎-路面动态摩擦系数测试系统进行抗滑性能试验,得到动态摩擦系数f。结果表明:沥青混合料的黏弹性能顺序为SMA-13DSMA-13CSMA-13BSMA-13A,说明掺橡胶颗粒后,沥青混合料的黏弹性能得到了提高,且掺量越大,黏弹性能越好;在试件温度T=10、20、30、40、50℃下,沥青混合料的动态摩擦系数f与动态模量E的相关性基本相同,说明沥青混合料试件的温度对f与E相关性的影响不大;在车辆动态荷载作用下,随着橡胶颗粒掺量R的增加,沥青混合料的动态模量E减小,动态摩擦系数f增大,而相位角φ减小,说明橡胶颗粒的掺入提高了沥青路面的黏弹性能,从而提高了沥青路面的抗滑性能。     

圆板式橡胶支座抗压试验与应力分析

对圆板式橡胶支座做了抗压试验和橡胶硬度测试试验,在试验的基础上根据橡胶材料特性和橡胶支座行为特征基本理论,采用通用有限元软件对圆板式橡胶支座的典型代表试件建立FEA模型,并应用线性分析方法对橡胶支座在轴心均布加载工况进行应力分析,结合支座抗压试验变形数据和支座内部应力分布规律说明该FEA模型是基本正确的,同时可以看出在支座内部存在着应力分布不均匀的现象,还说明了圆板式橡胶支座圆周橡胶保护层具有减小支座内部剪应力的作用。     

沥青混合料蠕变柔量转换为松弛模量的研究

利用不同荷载水平下AC-13C沥青混合料单轴压缩蠕变试验的拟合结果,根据推导的蠕变柔量与松弛模量之间的转换关系,运用配置法和最小二乘法,得到了松弛模量Prony级数表达式的有关参数。计算结果表明:基于实现容易和操作方便的蠕变试验,避免了误差较大的松弛试验。通过粘弹性参数之间的相互转换关系,得到了沥青混合料松弛模量曲线,并比较了2种方法计算的松弛模量曲线相似度。为沥青混合料粘弹特性的进一步分析提供了有效方法。