兆瓦级风电制动器热-结构耦合仿真研究

针对大兆瓦风电制动器制动过程,考虑制动摩擦副作用区域宽度及其影响下的线速度径向差异,提出速度梯度循环法,对制动过程摩擦副进行热-结构耦合分析.基于ANSYS软件建立制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用速度梯度循环法推导出热流密度的加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,对制动区域温度场进行数值模拟.从分析结果表明制动闸片摩擦区域温度分布在制动盘径向呈现弧度明显的等温分布,温度梯度随半径增大而增大.以速度梯度循环法将热分析结果代入结构场对闸片摩擦区域受力及变形进行耦合分析并预估其磨损状况.通过与传统均匀加载方法对比发现使用速度梯度循环法的分析结果与实际更为接近.所提出的分析方法为模拟大尺寸盘式制动器的摩擦制动过程提供参考.     

高速列车制动区段钢轨波磨抑制方法

为研究高速列车制动区段制动结构/轨道结构对轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动的影响，首先，结合现场调研，建立CRH3高速列车轮对-轨道-制动系统有限元模型；然后，采用复特征值法研究考虑轮轨粘滑和制动滚滑作用下的轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动特性；进而探究制动结构中表面织构对整个系统摩擦自激振动特性的影响；最后，对轨道结构中扣件参数进行参数化分析，并采用最小二乘法和粒子群算法求得抑制钢轨波磨的扣件参数的最优解.研究结果表明：高速列车在制动区段时，轮轨粘滑和制动滚滑作用导致的轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动的主要频率为526.75 Hz，与现场波磨特征频率接近，说明轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动可能是该区段钢轨波磨的主要诱因；采用具有表面织构的闸片或制动盘能有效抑制制动区段的钢轨波磨，其中沟槽型闸片的抑制效果最佳；当扣件的垂向刚度为65.5 MN/m，横向刚度为46.0 MN/m，垂向阻尼为84.0 kN·s/m和横向阻尼为23.5 kN·s/m时，可以抑制高速列车制动区段的钢轨波磨.     

弹性金属塑料复合材料的干摩擦特性

在MPX－2000盘销式摩擦磨损试验机上,研究了弹性金属塑料复合材料在干滑动条件下的摩擦磨损特性,结果表明：在给定的试验条件下,EMP复合材料与40#锻钢对摩时,相同滑动速度下摩擦因数随载荷的升高而减小,相同载荷下滑动速度等摩擦因数反而低,当试验转速分别1102r/min和370r/min时,其摩擦因数最后分别基本稳定为0．074和0．082,而磨损率随载荷的升高而增大,高速时的磨损率比低速时的大,结合磨损表面的扫描电子显微镜分析,给出了EMP复合材料磨损的主要过程,并据此解释了该材料的上述现象。     

5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为

通过室温静态挂片实验以及动电位极化曲线测试,在0．2mol／L NaHSO3＋0．6mol／L NaCl溶液中,对5083铝合金搅拌摩擦焊（FSW）焊缝以及5083铝合金母材的电化学腐蚀行为进行了研究．结果表明：主轴转速为300r／min,焊接速度为160mm／min,搅拌头倾角为3。时的焊缝与母材相比,平均腐蚀速率较小,腐蚀电位Ecorr正向移动,腐蚀电流Icorr变小．同时使用扫描电子显微镜（SEM）对室温静态挂片实验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面上局部只出现少量较浅的点蚀坑,而母材表面的点蚀现象较为严重．     

受电弓滑板载流磨损机理演变过程试验研究

为了研究高速弓网系统材料载流摩擦磨损行为,采用高速环-块式载流磨损试验机,研究了载流200 A、法向载荷70 N、滑动速度80~160 km/h条件下,纯碳滑板/铜合金接触线之间电弧放电现象和纯碳滑板的载流磨损特性,并用光学显微镜来观察滑板磨损表面形貌.研究结果表明:随着试验时间的增加,滑板振动和电弧放电现象逐渐加剧,电弧放电频率先增加后逐渐趋于稳定,电弧平均单次放电能量也增加,滑板磨损量缓慢增加后快速上升;当滑动速度为160 km/h时,试验时间50 min的磨损率(0.037 27 g/km)是试验时间10 min磨损率(0.013 40 g/km)的3倍;高速载流条件下,滑板磨损机理随着试验的进行发生了由轻微机械磨损到重机械磨损伴随轻微电弧侵蚀,最后转变为机械磨损和电弧侵蚀共存状态的变化.      

铜铝石墨组合材料摩擦角度与摩擦性能的关系

通过组合法制备了铜、铝、石墨三种材料构成的组合材料,利用定速摩擦试验机,研究了摩擦速度为200~2 000 r/min和制动压力为0.25~0.64 MPa条件下,摩擦角度对摩擦系数的影响.试验结果表明:摩擦角度对摩擦系数的影响与压力有关.当压力小于0.51 MPa时,摩擦角度的改变对摩擦系数影响不大;当压力超过0.51 MPa时,45°方向的摩擦系数要明显高于0°方向和90°方向的摩擦系数,原因在于摩擦角度为45°时,摩擦表面容易发生整体剪切流动,较强的粘着力形成鱼骨状裂纹,使剪切作用力增大,导致摩擦系数增高.     

高速重载滑滚摩擦副表面损伤的力学特性

采用有限元法建立了M50钢滑滚摩擦副的弹塑性接触模型,在接触应力约为4.0GPa、线速度约为50m·s-1的高速重载工况下,分析了其等效应力、剪切应力场与表层塑性变形,研究了摩擦因数与相对滑动速度对M50钢滑滚摩擦副接触行为的影响,并对比了M50钢双滚子滑滚试验中的表层塑性变形。计算结果表明:M50钢摩擦副的最大接触应力和椭圆接触区长、短轴长度的有限元分析结果与Hertz理论计算结果的偏差分别为2.66%、0.26%、6.43%;当摩擦因数由0.1增加到0.5时,最大等效应力的位置由摩擦副次表层约0.5mm处逐渐向接触表面发展;摩擦副表面发生胶合失效时的摩擦因数大于0.3,接触表面最大等效应力大于1 700 MPa;胶合失效发生时,M50钢摩擦副的应力和塑性应变具有特定的方向性,表现在滑滚比分别为0.12、0.15条件下,接触点处线速度较高的表面最大等效应力分别达到2 847、2 689 MPa,产生较大的塑性应变,最大值分别达到0.062、0.061,而线速度较低的表面最大等效应力分别为2 269、2 101 MPa,产生的最大塑性变形相对较小,分别为0.040、0.039。     

快速轨道交通列车转向架区域噪声预测分析

轮轨表面粗糙度激励轮轨系统振动并辐射噪声,决定着轨道交通主要噪声来源的转向架区域噪声.以时速为160 km/h运行的快速轨道交通列车为研究对象,基于有限元-边界元法、模态叠加法建立轮轨噪声预测分析模型,应用该模型调查了车轮表面粗糙度对于轮轨噪声的影响;进而基于声线法建立以时速160 km/h运行的快速轨道交通列车转向架区域噪声仿真预测分析模型,以文中预测分析得到的轮轨噪声和现场实测得到的转向架区域气动噪声、辅助设备噪声为声源,研究转向架区域噪声特性随车轮表面粗糙度的变化规律.结果表明:转向架区域外侧场点噪声随车轮表面粗糙度的增大而增大.车轮表面粗糙度主要影响315~5 000 Hz频率的转向架区域外侧场点噪声,与车轮表面粗糙度较好的工况,车轮表面粗糙度较差时,转向架区域外侧场点噪声的总声压级均增大5.5 d B(A)左右.     

车钩间隙对重载列车纵向冲击动力学的影响

基于列车纵向动力学理论,分析了车钩间隙大小、大间隙车钩数量和车钩间隙分布模式对重载列车纵向冲动的影响。计算结果表明:制动过程中,车钩间隙越小,列车最大车钩力越小,当初速度为60 km/h时,列车车钩间隙为0.01m与0.018m的最大车钩力相差52.14kN;列车最大车钩力随着大间隙车钩数量的增加而显著增大,大间隙车钩数量为10的最大车钩力为799.14kN,大间隙车钩数量为100的最大车钩力为938.18kN,后者比前者增加了17.4%;在凸型分布、上升分布、均匀分布、下降分布和凹型分布5种车钩间隙分布模式中,车钩间隙按凸型分布时列车最大车钩力最小。在允许范围内,采用小间隙车钩和按凸型分布编排不同间隙车钩有益于降低列车纵向冲动。     

高速列车受电弓杆件减阻降噪研究分析

高速列车受电弓是列车高速运行时气动阻力和气动噪声的主要来源之一。为探索受电弓杆件的减阻降噪方法,基于仿生学思想将高速列车受电弓光滑表面设计成螺纹型非光滑结构,同时研究在螺距和螺纹直径参数下对气动阻力和气动噪声的影响。选取高速列车受电弓杆件的典型尺寸建立流体仿真分析模型,采用非结构化混合网格,利用Standard k-ε湍流模型及宽频噪声模型,通过数值方法计算流场的分布特征和气动噪声大小。计算结果表明:螺纹型非光滑结构能更好地影响圆柱体尾涡区的形成,是有效降低高速列车受电弓杆件气动阻力和气动噪声的关键。为了进一步探究螺纹型非光滑结构杆件对高速列车受电弓减阻降噪的影响,设计了凹槽螺纹型和凸陷螺纹型两种不同结构杆件,分别在不同的螺距和螺纹直径参数下进行流场计算结果分析。结果表明,在350 km/h的风速下,螺距和螺纹直径参数一定时,凸陷螺纹型杆件的减阻降噪效果要优于凹槽螺纹型结构;其中,螺距PPD=60 mm,螺纹直径d=1 mm的凹槽螺纹型杆件具有最优减阻降噪效果,单个杆件的减阻率达3%;而对于凹槽螺纹型杆件类型,螺距PPD一定时,d/D的比值在0.017～0.067范围内,随着螺纹直径d的增大气动阻力和气动噪声均升高,当d/D数值超过0.067之后有显著降低气动阻力和气动噪声的趋势。