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作者：黄益昌;张继旺;苏凯新;李行;纪东东;
单位：西南交通大学牵引动力国家重点实验室;
摘要：制动盘是保障高速列车运行安全性的关键部件，其失效将导致列车制动故障影响行车安全，而热疲劳裂纹是导致高速列车制动盘失效的主要形式之一，因此需对制动盘裂纹形为展开研究。为探究热疲劳裂纹的扩展规律，本文分别建立制动盘间接耦合仿真与基于扩展有限元法的裂纹扩展仿真模型。首先，利用间接耦合制动盘有限元计算模型得到典型制动工况下制动盘的残余热应力。通过计算发现300 km/h紧急制动是残余热应力的主要来源，且制动结束后周向残余拉应力较大，可达767.9 MPa，由此可知周向残余拉应力是导致制动盘热疲劳裂纹扩展的主要驱动力。在此基础上，将周向残余拉应力作为载荷，利用基于扩展有限元法的裂纹扩展仿真模型研究了裂纹扩展过程中的应力强度因子的变化规律，发现裂纹前缘应力强度因子的分布随着裂纹初始形状比的变化而呈现出不同的分布规律：裂纹形状比较小时，裂纹前沿应力强度因子呈“凸”型分布，裂纹形状比较大时，裂纹前沿应力强度因子呈“凹”型分布；在裂纹扩展过程中拉伸载荷起主要作用，且裂纹形貌逐渐趋于扁平化。以上计算结果均与制动盘裂纹实际统计数据一致。因此本研究为高速列车制动盘运维策略制定提供参考。
关键词：制动盘;;残余应力;;热疲劳裂纹;;扩展有限元;;应力强度因子
基金资助：牵引动力国家重点实验室自主研究课题（2019TPL-T06）
