高温对汽车灰铸铁制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响

汽车制动盘的工作温度高、易产生热疲劳,其性能直接影响行车安全,对高温下制动盘的热疲劳裂纹萌生寿命的研究十分必要。首先研究取自汽车制动盘上的灰铸铁HT200试样在500℃下单调拉伸与压缩的性能,对应力—应变曲线进行分析,得到其力学性能参数;接着基于这些参数,对初始温度为400℃时的制动盘在单次紧急制动工况下进行热-结构耦合仿真分析,得到制动盘的温度场和应力场分布;最后利用应变疲劳的方法根据Miner线性累积损伤理论研究500℃下灰铸铁HT200的塑性特性对制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明:制动过程中的热应力远大于机械应力,是产生疲劳裂纹的主要原因;高温下制动盘材料HT200的塑性特性对制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响很大,在研究制动盘裂纹萌生寿命时需考虑高温下塑性特性对寿命的影响。利用制动盘在高温制动过程中的周向应变并考虑高温下材料的塑性特性计算热疲劳裂纹萌生寿命,为制动盘热疲劳寿命的评价打下基础。     

SiCp_A356复合材料制动盘应力场数值模拟与热疲劳寿命预测

以新型颗粒增强铝基复合材料(Sicp_A356)制动盘为研究对象,在试验研究SiCp_A356复合材料常、高温力学本构关系和低周疲劳寿命曲线的基础上,系统地对制动过程中SiCp_A356复合材料制动盘的瞬态温度场、应力应变场以及热疲劳寿命预测方法进行研究.运用热弹塑性有限元分析模型,进行制动盘的多线性随动强化热弹塑性应力应变场数值模拟,结合制动盘载荷特点给出制动盘的疲劳-蠕变损伤分析和寿命预测模型,为高速客车轻型制动盘的结构设计和工程应用提供了参考.     

高速列车制动盘瞬态温度和热应力分布仿真分析

制动盘的热疲劳损伤是当前列车安全制动的主要威胁。制动过程中的瞬态温度和热应力分布是热疲劳损伤研究的基础。通过建立制动盘无内热源的三维温度场分布的数学计算模型,采用热弹塑性有限元法,利用摩擦功率法计算温度场载荷,仿真不同制动工况下制动盘摩擦热负荷产生的温度场以及热应力分布。主要计算一次常用制动、一次紧急制动、三次紧急制动和一次坡道制动这4种制动工况。通过仿真分析发现,不同工况下制动盘面的温度变化有着相似的规律。制动开始阶段,随着强热流的不断输入,盘面在很短时间内迅速升温,很快达到峰值点。随后,盘体逐渐通过辐射和对流的方式散热,温度缓慢下降。相对紧急制动和常用制动的升温过程,坡道制动的升温显得缓慢一些。研究不同工况下制动盘温度和热应力的变化和分布规律,为高速列车复合材料制动盘的热疲劳性能评价提供依据。     

汽车制动盘热-结构耦合仿真及寿命预测

凭借热稳定性好、制动力平稳的特点,盘式制动器已广泛运用于各式车辆。由于盘式制动器制动时为摩擦制动,其热-结构耦合特性对制动器的结构、寿命有着重要影响。使用CATIA软件建立简化的三维结构模型,并通过ABAQUS模拟制动器的制动过程,模拟了制动盘在紧急制动过程中热-结构耦合特性的情况,确定了在制动过程中制动盘最容易发生热疲劳失效区域,并通过对制动盘表面径向及同一半径处的周向节点温度及应力的变化情况对比,深入分析了制动盘的温度及应力变化特性。利用Manson-coffin公式对制动盘在紧急制动工况下热疲劳寿命进行预测。     

基于相变储热原理的高速列车制动盘散热研究

随着我国高速列车速度的不断提高,尤其是长大坡道的存在,使得制动盘的应用环境更加恶劣。由于制动摩擦产生的热量使得制动盘温度快速升高,如果散热不及时,会形成高的热应力,从而导致热疲劳裂纹的产生。因此,高效的制动盘散热问题显得尤其重要。目前,制动盘的散热设计主要采用改变散热筋结构形式,这样的散热效果有一定的局限性。为了进一步降低制动盘的制动温度和热应力,根据相变储热原理,设计制动盘散热结构,通过连续两次紧急制动使得制动盘温度上升。应用有限元分析软件对不同的相变储热材料进行散热分析,得到三种制动盘的温度场和应力场。结果表明,具有相变储热材料的制动盘能够明显降低制动过程中制动盘的最高温度,同时降低了制动盘的温度梯度,从而使得制动盘受到的热应力有所降低,在一定程度上预防了热疲劳裂纹的产生。     

地铁列车轴装制动盘热力耦合仿真分析

电制动失效时的摩擦制动热负荷引起的制动盘热疲劳损伤是影响列车运行安全的重要因素。建立地铁列车轴装制动盘摩擦制动三维有限元模型,调查了制动盘在一次常用制动、一次紧急制动两种制动工况时的热-力耦合情况,获得制动盘在两种制动方式下的温度场和应力场。仿真结果表明,不同工况下制动盘面的温度分布具有相似规律,即在制动初期,盘面温度迅速上升并很快达到峰值点166.81℃和151.5℃,随后盘面温度缓慢下降。应力场初始以机械应力为主,随着制动温度的上升,热应力成为主要影响因素。应力场与温度场分布相似,但应力峰值延后于温度峰值出现。热应力在制动中会引起材料损伤积累,导致制动盘疲劳开裂。     

基于长大坡道持续制动的新型制动盘研究

随着我国中西部地区高速铁路的建设,由于长大坡道线路带来的问题日益凸显。在长大坡道行驶时如果电制动出现故障,将采用纯空气制动,长大坡道造成的持续制动会导致制动盘的热负荷急剧上升。由于散热的时效较慢从而导致制动盘温度过高,同时产生较大的温度梯度,从而导致制动盘热疲劳裂纹产生。为了解决长大坡道工况下制动盘的换热效率提升和降温问题,基于兰新线的长大坡道工况,通过设计新型的铝嵌钢结构制动盘,采用有限元分析软件对铝嵌钢结构制动盘和全钢制动盘进行仿真计算,得到温度场和热应力分布。结果表明,在长大坡道采用纯空气制动时,铝嵌钢制动盘可以在实现轻量化的同时明显降低制动盘面的温度和温度梯度,缓解长大坡道制动带来的制动盘热疲劳问题。     

通风盘式制动器制动盘的寿命预测分析

制动器是汽车制动系统的核心部件,在实际制动过程中,制动盘会产生比机械应力大很多的热应力。制动盘承受的由压应力、拉应力及摩擦导致的热应力组成的交变载荷,它们的共同作用会使制动盘表面产生裂纹,当裂纹扩展到一定程度后．可能导致整个制动盘断裂失效。制动盘的疲劳试验难度较大且需要大量的时间,因此应用数值模拟方法进行仿真分析并预测其使用寿命是非常必要的。以某型通风盘式制动器为例,在应用非线性有限元方法对制动过程进行热一力耦合分析结果的基础上．根据Malison—Coffin公式预测制动盘的热疲劳寿命．并分析制动初速度和制动压力对制动盘使用寿命的影响。     

仿生制动盘表面温度场与应力场的计算机模拟

根据天然生物与生俱有的高效散热原理,设计三种可抑制温升,从而预防磨损和疲劳的仿生车辆制动盘,并建立三维计算模型。借助于有限元分析软件ANSYS,研究比较这三种表面形态的仿生制动盘和常规制动盘在紧急制动工况下,温度场和应力场的大小及变化趋势。结果表明,仿生制动盘能够降低制动盘表面的温度梯度和应力集中,从而可减小由于循环应力而导致的热疲劳趋势,其降低幅度从大到小依次为具有网格状凹槽的仿生制动盘、具有放射状凹槽的仿生制动盘和具有环形凹槽的仿生制动盘。摩擦生热降低和散热性的提高是温度梯度下降的主要原因。该模拟研究为今后仿生制动盘的优化设计和试验研究提供了重要参考依据。     

通风式制动盘热性能理论与有限元仿真分析研究

从解决整车抖动实际问题出发,以制动盘热性能影响抖动为切入点,详细介绍了热性能分析的理论基础,并通过建立制动盘热-固耦合有限元模型,利用有限元分析软件进行热性能仿真分析,并用专业台架模拟实车制动进行相关的实验,将试验数值与仿真数值进行比较,验证有限元分析结果的可靠性与准确性,从而得到更优的制动盘结构。     

基于低周热疲劳试验条件的活塞寿命预测研究

为了预测铝合金活塞在高温蠕变影响下的低周热疲劳寿命,根据活塞低周热疲劳试验反求确定其热边界条件,运用有限元法计算其温度场及应力场。考虑材料性能的温度效应,采用疲劳分析软件FE-FATIGUE中的E-N方法进行活塞低循环热疲劳寿命预测,经试验验证,软件预测与试验结果基本吻合。     

货车车轮制动热疲劳数值仿真分析

热疲劳损伤是车轮的一种主要失效形式,建立了踏面制动的热-结构耦合瞬态非轴对称三维有限元模型及其相关的边界条件,模拟了拖曳制动工况和紧急制动工况的温度动态特性,对制动热负荷产生的热应力引起的热疲劳问题进行了数值模拟.     

316不锈钢材料的统计热疲劳模型

通过对316不锈钢材料在450℃,600℃和700℃中温环境应力控制下的低周疲劳试验,得到有实际意义的试验结果,对这些试验结果进行分析和研究,得出316不锈钢材料在中温环境和应力控制下的低周热疲劳行为,并且提出一个低周热疲劳寿命预测模型。在所建立的低周热疲劳寿命模型中,Manson通用斜率方程被用于疲劳寿命与拉伸性能的试验整合。通过对疲劳试验数据与不同的数学模型进行的拟合以建立温度和其他参数之间的函数关系,从而对316不锈钢材料在中温低周疲劳环境下进行寿命预测,为以后的寿命评估模型提供依据。     

Impact of surface hardening treatment generated by shot peening on the fatigue life of brass alloy

Brass alloy is widely used because of some attractive properties such as high electrical and thermal conductivity. But its fatigue performance after surface treatment is not very well explored in literature. Thus, in the present work, particular emphasis was given to the influence of surface treatment by shot peening on the fatigue life of brass alloy, throughout surface roughness and microstructural evolution. Fatigue tests were performed on unpeened, peened and peened then polished specimens. Various times of surface hardening treatment as 30, 60 and 120 min were considered. Experimental results reveal that the fatigue life of peened brass alloy decrease for all studied hardening treatment conditions. Surface roughness and microstructural properties showed large sensitivity to the shot peening process of brass alloy.     

蠕墨铸铁气缸盖激光热冲击研究

试验研究:整形后的激光热冲击蠕墨铸铁气缸盖.通过红外测温仪监测特征点温度波动;采用CCD摄像头监控试样的表面状态.通过扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)和硬度仪表征了热冲击试验后试样的组织和硬度变化.结果表明:蠕墨铸铁气缸盖通过2000次热冲击;热冲击试验后蠕墨铸铁气缸盖的组织和硬度没有明显变化,说明在热冲击试验温...     

HSK热装刀柄的加热性能分析

使用ANSYS中的电磁-热-结构耦合模块并通过中频感应加热正交试验对HSK热装刀柄的感应加热性能进行分析,分别得到刀柄理论感应加热最优温度及刀柄实际感应加热最优温度;以热循环过程中的温度为热载荷,分别使用ANSYS中的热-应力耦合模块以及Coffin-Manson公式,得到热装刀柄热疲劳方式与热疲劳寿命。采用热疲劳试验对预估热疲劳寿命进行了验证,指出适当选取保温时间可延长热疲劳寿命。     

Chromonickel Alloy for Dies Used in Hot Stamping of Hard Materials

It is expedient to use a high-temperature chromium alloy in the manufacture of tools for hot stamping inelastic materials. The thermophysical and mechanical properties of chromium result in an alloys with high thermal stability and resistance to fatigue in thermal cycling.     

复杂应力状态下高温高强度铝合金LD8热疲劳特性的研究

利用带缺口试件进行了同相和异相热疲劳试验，并借助轴对称热疲劳力学行为的有限元数值分析程序，计算和分析了缺口处的复杂应力和应变，探讨用当量应变范围和当量塑性应变能密度评价热疲劳寿命的可能性。结果表明，在一定加载范围内，当量应变范围和当量塑性应变能密度都可以作为评价复杂应力状态下热疲劳寿命的有效力学参量，而且不受试件形状和尺寸的影响。     

Thermal fatigue of cast iron brake disk materials

To develop cast-iron brake disks with high heat resistance to thermal shock loading, three candidate materials were developed. The main components were Fe, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, Cu and Al. The mechanical and thermal properties of the candidates were measured. Thermal fatigue tests were then carried out using equipment developed by the authors. The possible temperature range of the testing equipment was 20°C ??1500°C. Cylindrical solid specimens ?20 × 80 mm were heated by an induction coil and cooled in water. At an interval of 20??30 thermal cycles, the surfaces of the specimens were examined with a digital microscope to check for thermal cracks. To quantify the total length of the cracks, an image analyzing program capable of measuring the length of cracks on micrographs was developed. It was found the fatigue lifetime of cast iron could be increased by regulating its composition and metallurgical structures.     

Effect of particle size, forging and ageing on the mechanical fatigue characteristics of Al6082/SiCp metal matrix composites

Addition of inexpensive silicon carbide particulates (SiC_p) in the aluminium alloy matrix results in materials with properties non-obtainable in monolithic materials. The forging process results in improved properties as well as forms a shape of the final product. The age-hardening processes accelerate the coarse hardening process of the composites and improve strength and ductility. The size, morphology and volume fraction are the key controlling factors that control the plasticity and the thermal residual stresses in the matrix and thereby it’s mechanical and fatigue properties. This research paper focuses on the effect of particle size, forging and ageing on the mechanical and fatigue properties of the cast, forged and age-hardened aluminium 6082 (AI6082) reinforced with SiC_p. Al6082 reinforced with three different particle sizes of SiC_p (average particles size of 22, 12 and 3 µm) in the forged and ageing conditions were studied. The samples were characterised by optical microscopy, hardness, tensile and fatigue tests. The forged microstructure shows a more uniform distribution of SiC_p in the aluminium matrix. The addition of SiC_p results in improved tensile strength, yield strength and elastic constants of the composites with reduction in ductility. It also increases the fatigue strength of the composites by increasing the number of cycles required for fatigue failure of the composites for the given value of stress. The results also show considerable improvements in mechanical fatigue properties due to forging and ageing heat treatment of the metal matrix composites