高速列车锻钢制动盘多裂纹间作用机制研究

石晓玲， 李 强， 薛 海， 赵方伟

(北京交通大学 机械与电子控制工程学院， 北京 100044)

热疲劳作为高速列车制动盘失效的关键因素之一，直接影响高速列车的运行安全。观察大量失效制动盘的裂纹发现，制动盘表面存在多条裂纹，且错综复杂，见图1。通常裂纹间的相互作用影响裂纹尖端的应力场分布和裂纹扩展规律，但目前对制动盘裂纹的研究多以单条裂纹为主[1-3]，对多裂纹的扩展规律研究较少。因此，开展高速列车锻钢制动盘多裂纹间的作用机制研究具有实际的工程意义和学术价值。

针对多裂纹间相互作用问题，国内外学者采用数值模拟和试验等方法进行了相关研究。Nicolas Malesys等[4]提出了热疲劳载荷下裂纹网形成和扩展的概率模型，为裂纹网屏蔽效应的研究提供了参考；K C Wu等[5]采用位错理论研究了多条平行裂纹在非平面动态载荷下的屏蔽规律；Li等[6]利用修正的Kachanov模型研究了不同裂纹系之间的相互作用；Basista等[7]结合Kachanov模型分析了脆性材料在均布压应力作用下二维裂纹间的相互作用；Fletcher等[8]研究了相邻长裂纹(几十毫米)在弯曲载荷下的相互作用，结合单条裂纹的应力强度因子(ΔK)预测了裂纹的扩展；黄明利等[9]通过对有机玻璃材料进行单轴加载试验，研究发现裂纹间的相互作用主要通过空间位置对裂纹扩展起促进和抑制作用；闫明等[10]人研究了热疲劳裂纹网的屏蔽规律，并利用该屏蔽规律提出了裂纹网中主裂纹应力强度因子的计算方法；……