制动毂齿部疲劳损伤机理及检测试验研究

摘要

近年来，高速列车的运行速度大幅提升，与以往相比较，各个部件承受更加复杂载荷作用。高铁轮轴中的制动盘毂是制动系统的重要部件，其高速条件下疲劳损伤机理及检测方法研究也成为了高铁运行安全的关键技术之一。
　　从制动毂齿部疲劳损伤的力学机理研究出发，提出制动毂齿部疲劳损伤的试验方法，设计制动毂齿部疲劳损伤的检测装置。研究了以下具体内容:
　　(1)高速列车制动毂齿根部疲劳损伤机理分析。从高铁制动时制动盘对毂的作用，以及运行时受到路谱振动与冲击、惯性力的作用两方面分析制动毂齿部载荷。首先，建立了制动时制动盘与毂的温度模型，计算了制动毂齿的均布载荷，并建立了运行时制动盘的力学分析模型，通过动力学方程分析制动毂齿的受力状态;其次，以某机车车辆厂的制动盘毂为实例，计算了制动毂齿部的应力状态;最后结合剩余强度模型与S-N曲线，研究制动毂齿部疲劳损伤机理，指出运行时的变拉应力与制动时的热拉应力是造成制动毂齿部产生疲劳损伤的主要原因。
　　(2)制动毂疲劳损伤声发射试验设计。包括激励加载系统设计与声发射信号测试系统设计。根据机理分析结果，提出加载方案，通过有限元仿真计算，确定了试验的加载参数;此外，通过声发射信号采集系统（传感器选型、信号放大、采集分析软件）提出测试模型及测试方法，完成声发射参数的提取。
　　(3)制动毂疲劳损伤声发射试验及其分析。以某机车车辆厂有损伤的轮轴制动毂为试验对象，按照试验设计，进行AE参数撞击数及幅值的采集，并对试验数据进行分析，验证了制动毂齿部疲劳损伤机理分析的正确性，表明声发射检测方法是制动毂齿部疲劳损伤研究的有效方法之一。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 课题相关领域国内外发展现状

1．2．1 高铁关键部件疲劳损伤及检测

1．2．2 制动盘疲劳损伤

1．2．3 制动毂疲劳损伤及检测

1．3 论文的主要内容

1．4 论文的技术路线

2 制动盘毂力学分析

2．1 制动盘毂结构

2．2 制动盘毂载荷分析

2．3 制动时制动毂齿部载荷研究

2．3．1 制动盘毂温度模型

2．3．2 弹性力学均布载荷计算

2．4 运行时制动毂齿部载荷研究

2．4．1 制动盘动力学模型

2．4．2 圆周运动力学计算分析

2．4．3 超静定变性协调问题研究

2．4．4 附加垂向运动力学计算分析

2．5 本章小结

3 制动毂齿部应力状态及损伤机理研究

3．1 制动毂齿应力状态分析

3．2 制动毂齿实例应力计算

3．2．1 制动时热应力

3．2．2 运行时动态合应力

3．3 制动毂齿部疲劳损伤研究

3．3．1 S-N曲线及剩余强度模型

3．3．2 疲劳损伤机理

3．4 本章小结

4 基于声发射技术的制动毂疲劳损伤检测试验设计

4．1 AE试验总体设计

4．1．1 试验总体组成

4．1．2 各部分实现功能

4．1．3 设计要求

4．2 试验激励加载系统设计

4．2．1 制动盘毂有限元计算

4．2．2 激励加载系统

4．3 试验测试系统设计

4．3．1 试验对象

4．3．2 测试系统硬件选择

4．3．3 AE表征参数选择

4．4 本章小结

5 制动毂疲劳损伤检测试验及其数据分析

5．1 声发射检测试验

5．1．1 试验对象

5．1．2 载荷设定

5．1．3 试验方案设置

5．2 试验数据分析及机理验证

5．2．1 数据采集及参数分析

5．2．2 声发射参数表征

5．2．3 实施方案及要求总结

5．2．4 机理验证

5．3 本章小结

6．1 论文结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历

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