闸片沟槽织构对盘式制动尖叫的影响

为研究制动闸片沟槽织构对盘式制动系统制动尖叫的影响,基于摩擦自激振动理论,建立盘式制动系统普通闸片和沟槽闸片有限元模型,采用复特征值分析法研究该盘式制动系统的摩擦自激振动特性。利用该有限元模型开展沟槽的宽度和深度的参数化分析,获得其对制动尖叫的影响规律。结果表明：制动闸片与制动盘间的摩擦自激振动是导致制动尖叫发生的主要原因,沟槽型闸片对抑制制动尖叫具有明显效果;当闸片沟槽深度在5~20 mm区间内,盘式制动系统的稳定性随沟槽深度的增大而呈现逐渐降低的趋势,表明沟槽深度越小,发生摩擦自激振动的可能性越小;在沟槽宽度5~20 mm范围内,随沟槽宽度的增大,盘式制动系统的稳定性先增大后降低,在沟槽宽度为10 mm时,系统发生制动噪声的可能达到最大。     

沟槽型表面对离合器接合特性的影响研究

基于瞬态动力学原理,利用有限元软件ABAQUS中的显式动力学方法,建立了摩擦离合器系统的有限元模型,研究摩擦离合器在接合过程中的振动加速度信号及应力场分布,并用试验进行验证。结合相关仿生学设计,设计了3种有沟槽的制动闸片,分析沟槽对接合特性的影响。最后分析了沟槽的布置模式及斜置沟槽对接触振动的影响。结果发现:离合器在接合过程中,振动加速度信号出现剧烈变化并逐渐消失,仿真结果符合试验结果;复合沟槽表面能有效地抑制接触振动,径向沟槽表面次之,而环形沟槽闸片不能抑制接触振动;单一摩擦盘上沟槽抑制接触振动的效果没有双侧摩擦盘上沟槽的抑制效果好。斜置沟槽离合器片在接合时的振动幅值低于径向沟槽而高于复合沟槽。     

高速列车盘形制动系统摩擦振动行为动力学分析

针对高速列车盘形制动系统振动噪声问题,建立起具有实际尺寸的高速列车制动系统有限元模型,对比分析了复特征值分析法和瞬时动态分析法在预测其制动振动行为的可靠性和准确性。结果表明,复特征值分析法在求解制动振动噪声问题中会出现明显的"过度预测"现象,相比之下瞬时动态分析法有利于直观观测到制动系统振动演变行为,具有更重要的应用价值。采用瞬时动态分析法对系统参数和制动动力学行为关系进行研究。结果表明,制动夹钳弹性模量的降低有利于降低制动系统摩擦振动幅值,抑制系统的振动主频。闸片托的弹性模量并不会对系统的法向振动特性产生重要影响,但是制动过程产生的切向振动幅值随闸片托弹性模量的降低而逐渐减弱。通过对制动闸片表面进行加工沟槽处理后,能够有效降低制动系统振动强度,同时减弱了振动信号在主频处的能量,但是可能会带来局部区域应力过大和局部磨损的问题。     

CRH2盘形制动系统制动尖叫噪声研究

为了研究高速动车组的制动尖叫噪声,建立CRH2拖车盘形制动系统的摩擦耦合有限元模型,对其进行运动稳定性和制动自激振动的瞬态动力学分析,研究了摩擦因数、闸片以及制动盘弹性模量对制动系统尖叫噪声的影响。结果表明：随着摩擦因数μ的增大,盘形制动系统发生制动尖叫噪声的趋势增加;随着闸片弹性模量的增大,制动系统发生制动尖叫噪声的趋势增加,并且激发的噪声频率也明显变大;随着制动盘弹性模量增大,制动系统发生制动尖叫噪声的趋势先降低后增大。     

摩擦块形状对制动盘摩擦温度及热应力分布的影响

列车制动产生的摩擦热在制动盘表面的分布与闸片结构密切相关,并影响到制动盘的耐热疲劳程度.基于实际应用的圆形、六边形、三角形3种形状摩擦块的制动闸片,利用有限元分析软件ABAQUS,模拟制动时制动盘的温度及热应力分布情况.结果显示:制动盘摩擦表面温度及热应力呈环形带状分布,沿周向变化不明显,在径向上分布的均匀程度差异较大;其变化程度与摩擦块形状和位置有关,摩擦块为圆形时,盘面的温差和热应力最小,摩擦块为三角形时,盘面的温差和热应力最大;摩擦块的位置分布影响到摩擦副接触弧长度,接触弧长度增加,对应的摩擦环带温度升高;各环带对应的接触弧长度偏差越小,制动盘温度越低,分布也越均匀.     

制动片表面沟槽结构对盘式制动器热机耦合特性的影响

基于热-位移瞬态分析法,利用ABAQUS有限元软件建立盘式制动有限元模型,研究车辆在制动过程中制动片和制动盘的温度分布特性和振动行为。同时,在制动片摩擦面设计出3种不同分布的沟槽结构,研究沟槽分布对制动器热机耦合特性的影响。结果表明,制动片上设计沟槽能够降低摩擦面的温度,其中三沟槽制动片降温效果最好,双沟槽和三沟槽制动片通过形成多个高温区,可改善摩擦面局部过热。此外,制动片表面沟槽结构也能抑制系统的摩擦自激振动,装配双沟槽和三沟槽制动片的制动器制动全程没有产生摩擦自激振动,单沟槽制动片表现为低频摩擦自激振动,而装配光滑制动片的制动器各零件的振动在高频处发生了耦合,整体发生了强烈的摩擦自激振动。     

重载制动闸片的研制

研究一种适用重载制动的制动闸片。根据闸片特性,设计了闸片的定位机构。根据制动要求提取出试验台用制动参数,并对配方进行筛选。研究表明选择高体分比强化基体、超细组元添加元素、组合润滑组元制备出的摩擦材料适用于重载制动闸片。该研究对高速、高压力、高力矩机械用制动闸片的研究具有重要指导意义,有利于公司开拓重载机械包括大功率列车、风电,港口,工程机械,矿山机械的摩擦材料市场。     

基于瞬态分析法的轮盘制动系统摩擦自激振动研究

在制动噪声的有限元分析方法中,复特征值方法预测得到的不稳定频率过于保守,而瞬态分析方法在理论上可以得到较为真实的不稳定频率。考虑制动闸片与制动盘接触点间的摩擦力耦合作用,基于建立的高速动车轮盘制动系统的有限元模型,采用瞬态分析法对高速动车轮盘制动系统进行摩擦自激振动分析,并与复特征值分析法得到结果的进行比较。结果表明,接触面间法向接触力的振动主频与闸片法向振动的主频一致;制动系统瞬态动力学分析得到的振动主频与其复特征值分析得到的不稳定频率基本相符。     

表面织构对制动鼓制动热的影响

基于热力耦合原理,运用有限元软件ABAQUS建立鼓式制动器制动热模型。分析无表面织构和三种不同表面织构的制动鼓的制动温度场及应力场分布。研究结果发现:制动过程是一个快速升温,缓慢降温的过程,制动鼓内表面温度与应力的变化趋势一致。三种表面织构最高温度和无织构制动鼓的最高温度一样,但是制动结束后,无沟槽制动鼓和径向沟槽制动鼓的温度和应力变化趋势相似,环形沟槽制动鼓和复合沟槽制动鼓的温度和应力变化趋势相似;四种制动鼓的最大弹性应变能比排序依次为无沟槽制动鼓,径向沟槽制动鼓,环形沟槽制动鼓和复合沟槽制动鼓,说明这四种制动鼓的散热效果亦如上面的排序。     

某型磁浮列车制动闸片的磨损失效分析*

北京某地铁线路磁浮列车的制动闸片在服役约10天后,表面就出现了严重的凹坑和沟槽,显示过度磨损。对闸片的损伤区进行宏微观的形貌分析、化学成分分析、白光干涉测试分析和X射线光电子能谱分析,讨论铜基粉末冶金制动闸片的损伤特征,分析损伤失效原因,并对其如何降磨提出建议。结果表明:闸片服役后表面损伤严重,出现较深的沟槽,且高温烧伤痕迹明显,其损伤机制主要有电气磨损、磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损以及疲劳磨损;基体材料缺失严重,其中的Cr合金明显断裂,因Cr合金硬度很高,在脱落后会对闸片造成严重的磨粒磨损;闸片内部存在较多裂纹,这些裂纹发生在石墨与基体的连接处,其中体积较大的石墨边缘均有很深的裂缝,极易产生裂纹或加剧裂纹的扩展,建议适当降低石墨的粒度。     

基于接触压力分布和非均匀热流密度的列车制动盘热机耦合分析

针对铁路列车制动闸片摩擦块排布方式对制动盘热机耦合响应状态影响显著的问题，提出了一种考虑接触压力分布和非均匀热流密度的热机耦合仿真分析方法。通过在轨道车辆制动性能试验台上进行的制动台架试验，从温度的角度验证了所提方法的正确性。在此基础上，建立了列车全尺寸盘型制动系统有限元仿真分析模型，对现有铁路列车制动闸片摩擦块的排布方式进行了优化分析。结果表明，合理的制动闸片摩擦块排布方式可以显著降低制动盘面的温度和应力峰值，在改善制动盘面温度和应力分布的同时，提供较为优异的制动性能。研究成果可为铁路列车盘型制动系统热机耦合分析提供一种快速有效的仿真分析方法，同时可为铁路列车制动闸片摩擦块的排布优化提供指导方向。     

约束对盘形制动摩擦噪声影响的有限元研究

建立了铁路车辆盘形制动装置的三维实体有限元模型，分别为该模型中的制动盘、闸片和夹钳等部件设置了不同的材料特性。利用线性弹簧力模拟制动摩擦面间的法向力，摩擦力取为线性弹簧力与摩擦因数的乘积。通过对系统有限元运动方程进行复特征值分析，根据复特征根实部为正值判断系统发生失稳的模态，这也是可能产生摩擦噪声的模态。仿真结果显示，系统的约束条件对摩擦噪声的形成有显著的影响。改变模型的约束条件，可以抑制制动系统的摩擦噪声发生趋势，说明通过优化设置约束条件来提高摩擦系统的运动稳定性从而抑制摩擦噪声的发生是可行的。     

高速列车金属陶瓷复合材料制动闸片的制备与性能

用粉末冶金热压工艺制备了高速列车用金属陶瓷制动复合闸片，并进行了力学性能、显微组织和摩擦性能试验。研究表明：该制动闸片烧结体的抗压强度达到280MPa以上，抗弯强度34MPa，在300km/h制动时闸片的摩擦系数为0.32，与法国TGV闸片相当，磨损率为0.17cm^3/MJ，具有良好的制动性能，能对运行速度达300km/h的高速列车实行有效制动。     

结构布局优化对闸片温度场的影响

为提高高速列车制动系统中制动盘的使用寿命,参照动车组制动盘和闸片的实际尺寸,基于结构因子概念对摩擦块构成的闸片结构布局进行优化;应用有限元分析方法对优化前后的制动盘和闸片实体模型的温度场进行分析,得出优化前后制动盘和闸片的温度场分布。结果表明:优化后的闸片结构布局使制动盘的最高温度显著下降,且使制动盘和闸片在径向分布的温度均匀化程度显著提高;结构因子可以表征制动盘温度场的分布趋势,通过优化圆柱形闸片的结构因子,可优化制动盘及闸片温度场分布。     

低温环境下制动参数对列车制动材料摩擦性能的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机与温度控制装置模拟低温环境下列车的制动行为,研究了低温环境(-20℃)下制动压力、制动速度对制动盘与制动闸片摩擦磨损性能的影响.研究结果表明,低温环境(-20℃)下制动盘与闸片之间的摩擦因数和磨损率均比室温环境(20℃)下略微提高.在低温环境下,制动压力和制动速度对制动材料摩擦磨损与损伤行为有明显影响.制动盘与闸片之间的摩擦因数随制动压力的增大呈现先减小后趋于稳定的变化趋势;随制动速度增加,摩擦因数呈现先减小后增加的变化趋势.制动盘和闸片的磨损率随制动压力的增大均呈现先增大后趋于稳定的变化趋势,且闸片材料的磨损率均大于制动盘材料的磨损率;随制动速度的增大,制动盘磨损率呈现快速减小的趋势而闸片磨损率呈现先减小后趋于稳定的趋势.随制动压力和制动速度的增大,闸片磨损表面第三体层分布更加均匀,表面剥落坑数量与面积呈减小趋势.     

利用不稳定系数TOI分析盘式制动器噪声

针对某型号车辆前轮盘式制动器低速制动时出现的制动噪声现象,应用ABAQUS软件,建立由制动盘、制动支架及摩擦衬块组成的盘式制动器有限元模型。通过对关键零部件自由模态仿真分析和模态的锤击试验,验证有限元模型的准确性。利用复特征值法,结合系统不稳定系数TOI,分析摩擦因数、材料弹性模量、制动衬块厚度参数变化量对盘式制动器制动噪声特性参数的影响规律。优化制动盘和摩擦片的结构,装车试验后解决了制动噪声问题。     

摩擦副组合对摩擦磨损性能的影响

在1：1惯性力矩制动试验台上研究了两种不同石墨形态的铸铁制动盘与两种混杂纤维增强的酚醛基制动闸片配副时的摩擦磨损性能。结果表明，对于某一配方的制动闸片，使用灰口铸铁盘的摩擦副具有较高的摩擦系数，但制动盘表面温度较高，闸片磨损量较大；对于某一种制动盘，使用B配方制动闸片时，制动盘表面的温度较高，但闸片的磨损量较小；在所有四种组合中，B配方制动闸片与灰口铸铁盘配副的瞬时摩擦系数能够完全满足有关技术要求。     

列车制动闸片接触界面接触压力分布研究

以列车盘式制动器为研究对象,建立一个三维瞬态热-结构耦合模型,利用有限元软件ABAQUS非线性多物理场耦合方法,数值模拟了制动过程,发现制动闸片上的温度场和接触应力场在接触界面呈不均匀分布,并且在每个闸块上二者存在着相互耦合的关系,温度高的区域由于热变形大、接触面积小,导致接触压力较高。此外,接触压力在制动过程中的变化还与摩擦力、减速移动热源有关。     

盘式制动器复模态摩擦耦合制动稳定性分析

为研究影响汽车制动噪声的因素,以通风盘式制动器为研究对象,应用有限元软件ABAQUS,建立制动尖叫有限元模型,通过自由模态试验及制动尖叫台架试验验证了模型正确性,进行复特征值分析和自由模态分析,探讨系统部件自由模态与摩擦耦合模态的关系,摩擦系数及制动系统关键部件刹车盘刹车片的弹性模量对制动稳定性的影响,结果显示在摩擦耦合作用下,系统中固有频率接近的部件产生模态耦合,导致系统不稳定振动;系统摩擦系数越大,摩擦耦合程度也越大,系统不稳定性越大,但主振频率不变;刹车盘和刹车片弹性模量增大分别起到增强和削弱摩擦耦合对系统不稳定性的影响。     

轮胎泵气噪声有限元仿真研究

在充分考虑轮胎结构与空气耦合及与路面的接触等边界条件的基础上建立轮胎噪声仿真的有限元模型,然后使用商用有限元软件LS-DYNA的显式计算方法,对花纹沟槽与空气耦合和不耦合2种状况下的有限元模型进行仿真分析。通过对2种耦合状态下花纹沟槽内各测试点的噪声强度仿真结果比较,验证了行驶中轮胎花纹沟槽的泵气噪声原理。该轮胎噪声有限元模型对轮胎设计初期改善其噪声性能具有重要的指导意义。