机械工程学报

作者：何家欢, 沈嘉承, 卢纯, 赵杰, 袁博

单位：1. 西南交通大学机械工程学院 成都 610031;2. 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室 成都 610031;3. 中车齐齐哈尔车辆有限公司 齐齐哈尔 161002

关键词：制动盘,热疲劳裂纹,虚拟裂纹闭合,裂纹扩展,有限元分析；

基金：国家自然科学基金(52105160)、四川省自然科学基金(2025ZNSFSC0386)、中国博士后科学基金(2022M720537)和中央高校基本科研业务费专项资金(2682025GH009)资助项目。

热疲劳裂纹是导致列车制动盘损伤乃至失效的主要原因。此项研究将虚拟裂纹闭合技术与有限元二次开发相结合，通过建立带有预制裂纹的制动盘有限元仿真分析模型，研究了制动盘裂纹面的接触状态、裂纹张开闭合状态以及裂纹扩展行为。结果表明，制动盘表面裂纹的存在对制动过程中的压应力场没有显著影响，但会影响残余拉应力场的分布，并在裂纹前缘出现应力集中现象。在制动过程中，制动盘裂纹面间的法向接触压力从摩擦面沿着裂纹深度方向逐层变化，且表层和深层的法向接触压力相对大小会发生改变；制动盘裂纹面间的法向相对位移则从裂纹中心点呈贝壳状向裂纹前缘扩散，并随着冷却过程的进行张开位移逐渐增加至最大值。随着裂纹尺寸的增加，制动盘裂纹的张开时刻逐渐延后且裂纹形貌趋于扁平化。

来源：2025年第20期

《机械工程学报》期刊编辑部

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