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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

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机械工程学报 2023年第3期59卷 165-175页

作者：张庆贺卢纯吴元科赵婧莫继良西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

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... 详细信息

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。

关键词：制动盘摩擦块排布接触压力分布热机耦合响应非均匀热流密度

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时变接触特性表面对界面摩擦学行为的影响

摩擦学学报 2022年第1期42卷 104-112页

作者：王安宇吴元科项载毓孙瑞雪莫继良西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室四川成都610031

通过在锻钢基材表面沟槽中分别填充灰铸铁HT300、Mn-Cu合金和Mn-Cu阻尼合金材料获得具有时变接触特性的表面,并对锻钢光滑表面试样和时变接触特性表面进行摩擦学试验,研究不同时变接触特性表面对界面摩擦学行为(摩擦噪声、摩擦振动以及... 详细信息

通过在锻钢基材表面沟槽中分别填充灰铸铁HT300、Mn-Cu合金和Mn-Cu阻尼合金材料获得具有时变接触特性的表面,并对锻钢光滑表面试样和时变接触特性表面进行摩擦学试验,研究不同时变接触特性表面对界面摩擦学行为(摩擦噪声、摩擦振动以及磨损行为)的影响.结果表明:填充HT300的时变接触特性表面缓解了界面磨损,有效延续摩擦系统的稳定状态,抑制摩擦振动和噪声的产生;相反,填充Mn-Cu合金和填充Mn-Cu阻尼合金的时变接触特性表面加剧了界面磨损,加速了摩擦系统不稳定状态的出现,进而激发出高强度的摩擦振动和噪声.在本研究中,摩擦系统失稳引起摩擦振动和噪声主要归因于摩擦磨损过程中黏着撕裂和犁削等界面作用,填充材料的阻尼特性未能起到减振降噪的效果.

关键词：时变接触特性填充材料磨损特征摩擦振动噪声

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基于界面调控的摩擦系统减振降噪方法

振动与冲击 2022年第15期41卷 146-152页

作者：王权王安宇吴元科尹家宝项载毓莫继良西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031 四川航天职业技术学院飞行器制造系成都610100

为寻求抑制摩擦振动及噪声的新方法,分别探讨了在摩擦副背面安装阻尼元件以及在摩擦副表面加工沟槽型织构两种手段对摩擦界面的调控效果,并在此基础上将两种调控摩擦界面的手段组合,对得到的3种不同界面调控方法调控的摩擦系统进行摩擦... 详细信息

为寻求抑制摩擦振动及噪声的新方法,分别探讨了在摩擦副背面安装阻尼元件以及在摩擦副表面加工沟槽型织构两种手段对摩擦界面的调控效果,并在此基础上将两种调控摩擦界面的手段组合,对得到的3种不同界面调控方法调控的摩擦系统进行摩擦噪声试验,并利用有限元分析方法和压力测试结果揭示其作用机理。结果表明,摩擦副背面安装阻尼元件或摩擦副表面加工沟槽型织构均可以改善摩擦界面贴合程度,从而提高摩擦系统的稳定性,抑制摩擦振动及噪声产生。以上两种界面调控方法组合后摩擦界面贴合程度进一步增大,因此在抑制摩擦振动及噪声方面表现出更大的潜力。此外,摩擦副背面安装的阻尼元件在增大界面贴合程度的同时,还可以使界面贴合更加稳定。

关键词：界面调控摩擦振动噪声阻尼元件沟槽型织构界面贴合

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复杂工况下盾构机主轴承载荷谱编制

隧道建设(中英文) 2023年

作者：王警卫程永龙刘金龙董炳武吴元科孙志洪中铁工程装备集团有限公司

为了解决盾构机主轴承服役载荷无法直接表征、主轴承试验评价缺乏载荷谱的问题，提出了一种主轴承复杂工况的载荷表征方法。首先，对带有伸缩摆动机构的主驱动进行受力分析建立模型，并根据主驱动力学模型，选取伸缩摆动式主驱动相关联... 详细信息

为了解决盾构机主轴承服役载荷无法直接表征、主轴承试验评价缺乏载荷谱的问题，提出了一种主轴承复杂工况的载荷表征方法。首先，对带有伸缩摆动机构的主驱动进行受力分析建立模型，并根据主驱动力学模型，选取伸缩摆动式主驱动相关联的伸缩缸压力、位移、电机扭矩等22项数据为分析参量，结合平衡方程与掘进过程中各特征数据及驱动姿态位置确定方程未知量。然后，依托大连地铁隧道项目，分析工程地质情况，提取盾构机施工特征数据，利用雨流计数、分布估计、载荷外推等统计分析方法，编制主轴承载荷谱；最后，将编制的载荷谱用于主轴承寿命计算验证，研究结果表明：使用此方法，能够准确表征某种工程地质工况下主轴承载荷水平，为后续主轴承设计及试验评价提供载荷依据。

关键词：复杂工况盾构机主轴承数据处理载荷谱

仿生六边形织构对40Cr钢摩擦学性能的影响

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金属热处理 2023年第12期48卷 250-254页

作者：杨洋龙伟民程战伍里峰师陆冰吴元科中国机械科学研究总院集团有限公司北京100044 中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司浙江宁波315700 郑州机械研究所有限公司河南郑州450001 中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016

采用激光加工技术,在40Cr钢表面加工不同面密度的仿生六边形织构,在油润滑条件下,采用高温摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验。在不同转速和试验载荷条件下,研究不同面密度的仿生六边形织构对40Cr钢摩擦学性能的影响。利用金相显微镜分析... 详细信息

采用激光加工技术,在40Cr钢表面加工不同面密度的仿生六边形织构,在油润滑条件下,采用高温摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验。在不同转速和试验载荷条件下,研究不同面密度的仿生六边形织构对40Cr钢摩擦学性能的影响。利用金相显微镜分析试件表面的磨损形貌。结果表明,表面织构化的试件摩擦因数相较未织构试件有不同程度的减小,并随织构面密度的增大先减小后增大,其中织构面密度为10%试件表面的摩擦因数较未织构试件降低9.8%,耐磨性能也得到一定程度的提高。低面密度织构试件的摩擦因数随载荷的增加先增大后减小,高面密度织构试件的摩擦因数随载荷的增加逐渐减小。试样摩擦因数随速度的增大而减小。在油润滑条件下,仿生六边形织构可以有效地改善摩擦副表面的摩擦磨损性能,且合理的织构面密度才能最大发挥仿生织构的减摩效果。

关键词： 40Cr钢激光加工仿生六边形织构摩擦因数油润滑

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复杂工况下盾构主轴承载荷谱编制

隧道建设（中英文） 2023年第6期43卷 1065-1074页

作者：王警卫程永龙刘金龙董炳武吴元科孙志洪中铁工程装备集团有限公司河南郑州450000

为解决盾构主轴承服役载荷无法直接表征、主轴承试验评价缺乏载荷谱的问题,提出一种主轴承复杂工况的载荷表征方法。首先,对带有伸缩摆动机构的主驱动进行受力分析并建立模型,根据主驱动力学模型,选取伸缩摆动式主驱动相关联的伸缩缸压... 详细信息

为解决盾构主轴承服役载荷无法直接表征、主轴承试验评价缺乏载荷谱的问题,提出一种主轴承复杂工况的载荷表征方法。首先,对带有伸缩摆动机构的主驱动进行受力分析并建立模型,根据主驱动力学模型,选取伸缩摆动式主驱动相关联的伸缩缸压力、位移、电机转矩等22项数据为分析参量,结合平衡方程与掘进过程中各特征数据及驱动姿态位置确定方程未知量;其次,依托大连地铁隧道项目,分析工程地质情况,提取盾构施工特征数据,利用雨流计数、分布估计、载荷外推等统计分析方法,编制主轴承载荷谱;最后,将编制的载荷谱用于主轴承寿命计算验证。研究结果表明,使用此方法能够准确表征某种工程地质工况下主轴承载荷水平,可为后续主轴承设计及试验评价提供载荷依据。

关键词：复杂工况盾构主轴承数据处理载荷谱

基于混沌粒子群算法的新型换轨车钢结构优化分析

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基于混沌粒子群算法的新型换轨车钢结构优化分析

作者：吴元科西南交通大学

学位级别：硕士

目前我国铁路线路换轨工作达到每年上万公里,传统的换轨方式已经无法满足铁路换轨的需要,为了适应现阶段的铁路线路换轨机械化的要求,西南交通大学研制了全液压伸缩臂式换轨车。本文以西南交通大学研制的全液压伸缩臂式换轨车为研究对象... 详细信息

目前我国铁路线路换轨工作达到每年上万公里,传统的换轨方式已经无法满足铁路换轨的需要,为了适应现阶段的铁路线路换轨机械化的要求,西南交通大学研制了全液压伸缩臂式换轨车。本文以西南交通大学研制的全液压伸缩臂式换轨车为研究对象,对换轨车的主要技术指标进行介绍,分析了换轨车的换轨工作过程。以此为基础,对换轨车的钢结构进行优化分析。针对粒子群算法的特点,采用加速因子和惯性权重对粒子群算法进行改进,并与混沌算法相结合,构成混沌粒子群算法,收敛速度快并且有效的避免了陷入局部最优解。以MATALAB软件为平台,编制了混沌粒子群算法的程序。总结了换轨车换轨工作的典型工作状态,建立换轨车伸缩臂理论模型,找到伸缩臂的危险截面。分析换轨车伸缩臂的强度、刚度、局部稳定性和整机稳定性。采用混沌粒子群算法对换轨车伸缩臂截面进行优化。用ANSYS有限元分析软件对优化后的伸缩臂进行分析验证优化结果的可靠性,同时得到换轨车换轨工作的最危险工况以及应力最大的位置。伸缩臂质量的变化引起换轨车整机质心的变化,需要对整机稳定性进行分析。参照《起重设计手册》对换轨车进行整机抗倾覆稳定性、后方稳定性进行分析,并以此为约束条件,以换轨车整机质心的位置为目标函数,采用混沌粒子群算法对换轨车重要部件的位置分布进行优化。

关键词：换轨车伸缩臂混沌粒子算法有限元分析整机稳定性

高速列车制动摩擦块切入端特征对制动界面特性的影响

同方学位论文库评论

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中国机械工程 2021年第4期32卷 412-419页

作者：唐斌范志勇项载毓吴元科黄博莫继良西南交通大学机械工程学院成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对四种不同安装方向下的三角形摩擦块进行拖曳制动试验,研究了摩擦块的切入端特征对制动界面特性的影响,并采用有限元方法分析不同摩擦切入端特征下摩擦块的接触压力分布特点,探讨了摩擦块表面接... 详细信息

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对四种不同安装方向下的三角形摩擦块进行拖曳制动试验,研究了摩擦块的切入端特征对制动界面特性的影响,并采用有限元方法分析不同摩擦切入端特征下摩擦块的接触压力分布特点,探讨了摩擦块表面接触压力分布与其表面热分布、振动噪声特性的内在关联。结果表明:在摩擦制动过程中,摩擦块的切入端存在应力集中现象,尤其是当摩擦切入端是一个角的两条边时,摩擦切入端的角附近区域应力集中更为明显,从而引起制动系统产生高强度的振动噪声并导致摩擦块表面局部高温现象。

关键词：制动系统磨损热分布振动噪声接触压力

高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响

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摩擦学学报 2021年第1期41卷 95-104页

作者：项载毓范志勇刘启昂吴元科莫继良周仲荣西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所岡川成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室四川成都610031

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压... 详细信息

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压力分布及表面热分布的影响.结果表明:摩擦块形状显著影响了制动界面磨损特性及接触压力分布,使得制动盘产生不同的温度分布现象.在本试验条件下,六边形摩擦块表面磨损轻微,接触平台大小较为均匀,而五边形和圆形摩擦块表面呈现明显的犁沟和剥落特征,且大接触平台占比较高;六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过程,界面具有较大的接触面积,使得接触压力分布较为均匀,表现出较好的接触行为,而五边形和圆形摩擦块的接触行为相对较为复杂,与之对摩的制动盘产生明显的热聚集现象.

关键词：高速列车摩擦块磨损图像分割热—机耦合